Научная статья на тему 'РОЛЬ ВОДНОЙ РАСТИТЕЛЬНОСТИ В ПРОЦЕССАХ САМООЧИЩЕНИЯ ВОДНЫХ ОБЪЕКТОВ ОТ НЕФТЕПРОДУКТОВ'

РОЛЬ ВОДНОЙ РАСТИТЕЛЬНОСТИ В ПРОЦЕССАХ САМООЧИЩЕНИЯ ВОДНЫХ ОБЪЕКТОВ ОТ НЕФТЕПРОДУКТОВ Текст научной статьи по специальности «Экологические биотехнологии»

CC BY
187
38
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
ЗАГРЯЗНЕНИЕ НЕФТЕПРОДУКТАМИ / POLLUTION WITH OIL PRODUCTS / САМООЧИЩЕНИЕ ВОДОЕМОВ / WATER BODIES SELF-PURIFICATION / РОЛЬ ВОДНЫХ РАСТЕНИЙ В БИОХИМИЧЕСКОМ ОКИСЛЕНИИ / THE AQUATIC PLANTS ROLE IN BIO/CHEMICAL OXIDATION / КАТАБОЛИЧЕСКИЙ И ОКИСЛИТЕЛЬНЫЙ МЕТАБОЛИЗМ / CATABOLIC AND OXIDATIVE METABOLISM

Аннотация научной статьи по экологическим биотехнологиям, автор научной работы — Бондаренко Валентина Васильевна, Сучкова Наталия Борисовна

Рассмотрены вопросы участия водной растительности в процессах самоочищения водной среды от загрязнения нефтепродуктами. Показана роль растений как в обеспечении благоприятных условий для деструкторов, так и в непосредственном осуществлении процесса деструкции. Отмечено значение погруженной растительности в создании условий, интенсифицирующих окисление нефтепродуктов, а также их роль в трансформации полиароматических углеводородов.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

AQUATIC VEGETATION ROLE IN THE PROCESSES OF WATER BODIES SELF-PURIFICATION IN TERMS OF OIL PRODUCTS

Issues of the aquatic vegetation involvement into processes of water environment self-purification from oil products pollution have been discussed. The role of plants both in provision of favorable conditions for destructors and in direct destruction has been shown. The significance of submerged vegetation for creation of conditions to intensify oil products oxidation, as well as its role in the polyaromatic hydrocarbons transformation has been outlined.

Текст научной работы на тему «РОЛЬ ВОДНОЙ РАСТИТЕЛЬНОСТИ В ПРОЦЕССАХ САМООЧИЩЕНИЯ ВОДНЫХ ОБЪЕКТОВ ОТ НЕФТЕПРОДУКТОВ»

УДК 628.5

РОЛЬ ВОДНОЙ РАСТИТЕЛЬНОСТИ В ПРОЦЕССАХ САМООЧИЩЕНИЯ ВОДНЫХ ОБЪЕКТОВ ОТ НЕФТЕПРОДУКТОВ

© 2015 г. В.В. Бондаренко, Н.Б. Сучкова

ФГБОУ ВПО «Уральский государственный университет путей сообщения», г. Екатеринбург

Ключевые слова: загрязнение нефтепродуктами, самоочищение водоемов, роль водных растений в биохимическом окислении, катаболический и окислительный метаболизм.

Рассмотрены вопросы участия водной растительности в процессах самоочищения водной среды от загрязнения нефтепродуктами. Показана роль растений как в обеспечении благоприятных условий для деструкторов, так и в непосредственном осуществлении процесса деструкции. Отмечено значение погруженной растительности в создании условий, интенсифицирующих окисление нефтепродуктов, а также их роль в трансформации полиароматических углеводородов.

В.В. Бондаренко

Н.Б. Сучкова

Известно, что водоемы и водотоки обладают буферностью, определенным резервом самоочистительных возможностей, позволяющих разрушать в том числе и токсические вещества антропогенного происхождения. Под самоочищением поверхностных водоемов подразумевается весь комплекс биологических (биоаккумуляция, биотрансформация, биодеградация), физических (сорбция, фазовый переход и др.) и химических (фотолиз, окисление, восстановление, гидратация и др.) процессов, которые обусловливают способность экосистем водоемов освобождаться от загрязнений.

Эффективность проявления процессов самоочищения водных масс от нефтепродуктов зависит от сочетания различных факторов, учитывающих климатические условия, физико-химические, биоценотические, гидрологические и другие показатели среды. Но практически всегда одним из наиболее существенных механизмов самоочищения водных масс водоемов и водотоков от органических веществ является их биохимическое окисление.

Водное хозяйство России № 1, 2015

Водное хозяйство России

Различные звенья биоты имеют свое значение в самоочищении водоемов и водотоков. Что касается водной растительности в процессах самоочищения водных объектов от нефтяного загрязнения, то ее роль многогранна как в обеспечении благоприятных условий для бактериальной деструкции ингредиента, так и в непосредственном участии в этом процессе. Рассмотрим обе стороны.

При поступлении в водные объекты со сточными водами растворенные органические вещества природного и антропогенного происхождения минерализуются благодаря жизнедеятельности, в первую очередь, сапрофитных водных микроорганизмов, фито- и зоопланктона. Для биохимического окисления органических веществ необходимо наличие в воде растворенного кислорода, запасы которого восстанавливаются благодаря процессам реаэрации, а также фотосинтезу в толще воды.

Целостность и функциональность водной экосистемы сохраняется лишь в том случае, если она достаточно многообразна, но даже при этом условии она может быть нарушена при воздействии высокотоксичных соединений. В частности установлено, что нефтяная пленка на поверхности воды, нарушая процессы фотосинтеза, приводит к перестройке биоценозов и существенно влияет на первичную продукцию водоема. Реакция системы живых организмов зависит и от концентрации загрязняющих веществ. Малые концентрации токсических веществ способствуют возникновению буферной системы, нейтрализующей их действие, в то время как большие ее разрушают.

Деструкционная функция биоты водоема оптимизируется при достаточном видовом разнообразии, именно благодаря гетерогенности биоценозов многие трудноразлагаемые соединения могут подвергаться биодеградации [1]. Отдельный вид организмов может обладать способностью катализировать трансформацию одного соединения в другое, но не обладает ферментативной системой для дальнейшей деградации. Это может быть восполнено вторым (и так далее) организмом с комплементарными катаболическими свойствами, и тогда соединение будет полностью разложено.

Значительным количеством работ [2-8] показано, что высшая водная растительность в большей степени способствует ускорению бактериальной деструкции нефтепродуктов, интенсифицируя формирование гетеротрофной микрофлоры и процесс трансформации нефтепродуктов в водной массе. Растительность является не только механическим фильтром, задерживающим взвешенную и пленочную нефть, но и за счет обилия стеблей способствует повышению плотности бактериального населения, участвующего в процессе разложения нефтепродуктов, а также является поставщиком кислорода, необходимого для жизнедеятельности многих водных организмов и процессов окисления загрязнений [5].

Из всего разнообразия бактериальной микрофлоры в процессах трансформации нефтепродуктов основная роль принадлежит гетеротрофам.

Водное хозяйство России № 1, 2015

Водное хозяйство России

Ниже приведены данные исследований, одной из задач которых было изучение динамики формирования гетеротрофной микрофлоры различными видами водной растительности и динамики трансформации нефтепродуктов во времени с целью выбора биологической загрузки систем доочист-ки водных масс от нефтепродуктов [6]. Объектом исследований служили биоинженерные системы (БИС) доочистки сточных вод сосредоточенных выпусков и рассредоточенного стока.

Основными критериями выбора загрузки БИС биоокисления нефтепродуктов служили интенсификация процессов трансформации нефтепродуктов в системе доочистки сточных вод и минимизация в ней риска вторичного загрязнения нефтепродуктами. БИС биоокисления нефтепродуктов сосредоточенного стока рассчитаны на постоянное поступление в них сточных вод, т. е. на круглогодичное функционирование, а рассредоточенного стока - на периодическое. Известно, что водная растительность, интенсифицирующая биоокисление нефтепродуктов, также способна в определенное время формировать очаги вторичного загрязнения. В этом случае вызывает интерес растительность с круглогодичной вегетацией, с низкими значениями отмирающей биомассы, а также инертные субстраты.

В качестве биологической загрузки из воздушно-водной растительности исследовали наиболее распространенные виды, используемые для очистки и доочистки сточных вод (тростник обыкновенный и рогоз широколистный). В качестве погруженной растительности - виды с продолжительным периодом вегетации (элодея канадская, рдест стеблеобъемлющий) и с круглогодичной вегетацией (валлиснерия спиральная, произрастающая в проточных теплых водах), а также талломные водоросли.

Выполнены исследования по динамике формирования бактериальной микрофлоры в вегетационный и вневегетационный периоды при очистке различных видов сточных вод: промышленных и смешанных (БИС Северского трубного завода, г. Полевской) и пруда-охладителя (ГРЭС, г. Кировоград), а также воды поверхностного рассредоточенного стока с территории локомотивного депо Свердловск-Сортировочный г. Екатеринбурга.

Применен метод количественного определения микроорганизмов при культивировании их на мясо-пептонном агаре (МПА) [9], систематическое положение микроорганизмов определено до родового [10], морфологические характеристики субстратов исследованы прямым измерением площади поверхности и взвешиванием образцов [11], биохимический анализ растительного материала выполнен по общепринятой методике [12], содержание органических веществ в донных отложениях - потерей при прокаливании [13], морфометрические и гидрологические исследования проведены в натурном эксперименте по общепринятым методикам [9-19].

Водное хозяйство России № 1, 2015

Водное хозяйство России

При выборе биологической загрузки из высшей водной растительности (ВВР) для систем очистки и доочистки стока от нефтепродуктов важны показатели площади поверхности погруженной части побега, служащей субстратом перифитону, на единице площади акватории и показатель удельной биомассы растения, выражаемой в г на 1 см2 площади погруженной части растения (субстрата), для оценки «вклада» во вторичное загрязнение системы.

Проведенные морфологические исследования различных видов биологической загрузки из ВВР позволили установить существенные отличия морфологических характеристик между воздушно-водными растениями и погруженными, в частности, валлиснерией спиральной (табл. 1).

Выполненные исследования показали, что из исследованных видов воздушно-водной растительности наибольший показатель удельной биомассы имеет рогоз широколистный. Причем эта величина относится лишь к погруженной части побега, составляющей незначительную часть в составе органического вещества целого растения. Более того, с окончанием периода вегетации сформировавшаяся биомасса подвергается деструкции с выходом органических и минеральных компонентов в водную массу, являясь источником вторичного загрязнения воды [7, 20, 21].

Что касается погруженных видов водной растительности, то показатель удельной биомассы у элодеи канадской в 2,6 раз ниже, чем у тростника, и в 5,4 раза ниже, чем у рогоза. Наиболее низкие данные показатели у вал-лиснерии спиральной - 8,8 и 18,1 раза соответственно. Данный показатель свидетельствует об эффективности использования валлиснерии в системе доочистки сточных вод от нефтепродуктов еще и благодаря максимальным значениям площади поверхности на единицу веса.

В отличие от исследованных видов воздушно-водных растений, погруженные виды высшей водной растительности, а также макроводоросли более активно насыщают водные массы фотосинтетическим кислородом в течение всего периода вегетации.

Рдест стеблеобъемлющий, как и другие виды рдестов, характеризуется способностью быстрого освоения площади акватории, не заселенной

Таблица 1. Морфологические данные различных видов биологической загрузки

Вид загрузки Площадь субстрата, см2/м2 акватории Удельная биомасса, г/см2

Рогоз широколистный 18 840 0,232

Тростник обыкновенный 15 400 0,113

Элодея канадская - 0,043

Рдест стеблеобъемлющий - 0,017

Валлиснерия спиральная 490 000 0,0128

Водное хозяйство России № 1, 2015

Водное хозяйство России

другими видами. Несмотря на положительное влияние (поглощение химических ингредиентов и насыщение воды фотосинтетическим кислородом) на водные массы зарослей рдеста в вегетационный период, использование данного вида растений в системе доочистки стока от нефтепродуктов нецелесообразно, т. к. с окончанием периода вегетации растительная биомасса подвергается процессу быстрой деструкции с последующим формированием вторичного загрязнения воды.

В результате выполненных исследований установлено, что площадь поверхности субстрата, на котором формируется бактериоперифитон, окисляющий нефтепродукты, на порядок выше у валлиснерии спиральной по сравнению с другими рассмотренными растениями.

Валлиснерия спиральная, являясь растением с круглогодичным периодом вегетации, а следовательно, не испытывающая периодов массового отмирания биомассы, что подтверждается одинаковым соотношением молодых и старых листьев в зарослях в течение всего года в оптимальных условиях произрастания (незамерзающих проточных водах), является источником незначительного поступления органических и минеральных веществ в водную толщу и донные отложения и вторично не загрязняет воду, о чем косвенно свидетельствуют данные о содержании органического вещества в донных отложениях пруда-охладителя (ГРЭС, г. Кировоград) (табл. 2).

Содержание органического вещества в донных отложениях, сформированных в зарослях валлиснерии спиральной и открытых пространств рядом с ними, минимальное в сравнении с другими исследованными вариантами. Следует отметить тот немаловажный факт, что органическое вещество этих донных отложений на момент исследований было сформировано за более чем 30-летний период [22], а органическое вещество донных отложений с произрастанием всех остальных рассмотренных видов ВВР - менее чем за 10 лет с момента их посадки в БИС.

Таблица 2. Содержание органического вещества в донных отложениях

Место отбора проб Органическое вещество, %

Заросли валлиснерии спиральной (пруд-охладитель, ГРЭС, г. Кировоград) 12,9±0,9

Открытое пространство вблизи зарослей валлиснерии (пруд-охладитель, ГРЭС, г. Кировоград) 9,42±0,4

Заросли рогоза широколистного (БИС, Северский трубный завод) 50,59±14,8

Заросли тростника обыкновенного (БИС, Северский трубный завод) 49,30±11,3

Открытое пространство вблизи зарослей рогоза и тростника (БИС, Северский трубный завод) 37,04±10,2

Заросли рдеста стеблеобъемлющего (БИС, Северский трубный завод) 65,05±6,4

Водное хозяйство России

Исследования динамики процессов трансформации нефтепродуктов в непроточных системах при отсутствии факторов, оказывающих явное отрицательное влияние на процессы самоочищения водных масс, показали более высокие показатели самоочищения в вариантах с валлиснерией спиральной.

Расчет снижения концентрации нефтепродуктов во времени для непроточных систем с биологической загрузкой из валлиснерии спиральной, формирующейся при оптимальных условиях, описывается уравнением кинетики реакции первого порядка

С = С0ехр-0'66\ (1)

где Ст - концентрация нефтепродуктов в момент т; С0 - исходная концентрация; т - время, сут.

Коэффициент корреляции - 0,95.

Снижение концентрации нефтепродуктов во времени при использовании в качестве загрузки рогоза широколистного описывается уравнением кинетики реакции первого порядка

Ст = О^р-0'1^, (2)

Коэффициент корреляции - 0,95.

Снижение концентрации нефтепродуктов во времени в изолятах с тростником обыкновенным описывается уравнением кинетики реакции первого порядка

С = С0ехр

-0,20т

(3)

Коэффициент корреляции - 0,95.

Результаты исследований динамики родового состава бактериоцено-зов воды, донных отложений и перифитона при разных биологических загрузках БИС в вегетационный и вневегетационный периоды представлены в табл. 3.

Из всего состава рассеянной бактериальной микрофлоры в период наиболее интенсивного развития фитопланктона в воде БИС представители рода Alcaligenes в сооружении с загрузкой из тростника обыкновенного составили 55 %, а из рогоза широколистного 64 %. Представители данного рода в системе доочистки нежелательны, т. к. способствуют синтезу бенз(а)пирена [23]. На самой загрузке из тростника в указанный период отмечены бактерии рода Pseudomonas 89 % и Micrococcus 11 %.

Водное хозяйство России № 1, 2015

Водное хозяйство России

Таблица 3. Динамика родового состава бактериоценозов

Родовой состав, % от общего содержания

Место отбора проб Pseudomonas Micrococcus Alcaligenes Прочие

В воде

Тростник 0/100 45/0 55/0 0/0

Рогоз 0/100 36/0 64/0 0/0

Валлиснерия 50/45 40/55 0/0 10/0

В донных отложениях

Тростник 100/100 0/0 0/0 0/0

Рогоз 64/0 0/100 0/0 36/0

Валлиснерия -/93 -/7 -/0 -/0

На поверхности загрузки

Тростник 89/100 11/0 0/0 0/0

Рогоз 96/100 0/0 0/0 4/0

Валлиснерия 100/100 0/0 0/0 0/0

Примечание: в числителе - вневегетационный сезон, в знаменателе - вегетационный.

На поверхности донных отложений, сформированных тростником обыкновенным, в данный период бактериальная микрофлора представлена на 100 % родом Pseudomonas. Что касается рогоза широколистного, то бактерии рода Pseudomonas на поверхности его стебля также преобладали и составили 96 % от всего видового состава бактериальной микрофлоры. На поверхности донных отложений, сформированных рогозом широколистным, процент бактерий рода Pseudomonas снижался до 64, а 34 % бактериальной микрофлоры составили Bacillus.

В ходе микробиологического исследования сред, отобранных в зарослях валлиснерии (вода, донные отложения и сам растительный материал), установлено, что перифитонные обрастания растений и поверхность донных отложений, сформированных зарослями валлиснерии, почти полностью представлены бактериальной микрофлорой рода Pseudomonas, а в воде содержатся практически в равных количествах бактерии рода Pseudomonas и Micrococcus. Отсутствие бактериальной микрофлоры рода Alcaligenes в системах с валлиснерией спиральной в принципе исключается вследствие гидравлики потока, скорости течения, в котором находится в пределах 0,5-1,2 м/с, неблагоприятных для развития фитопланктона [20].

Представители рода Pseudomonas широко распространены в почве и воде. Это прямые или слегка изогнутые грамотрицательные палочки, как правило, одиночные, в основном, аэробы, хемоорганотрофы, использующие в качестве источника углерода и энергии различные, в том числе труднодоступные для разложения вещества, включая неприродные соединения. Быстрое приспособление к окислению неприродных соединений обусловлено наличием плазмид деградации [24].

Водное хозяйство России № 1, 2015

Водное хозяйство России

Для Pseudomonas выявлен ряд плазмид, кодирующих последовательность реакций трансформации или минерализации органических веществ (например, таких субстратов, как D-камфора, салицилат, нафталин, октан, ксилол, толуол, никотин, 3,5-ксиленол, 3-хлорбензол, n-крезол, фенилаце-тат, галогеналкилы) [1]. Кроме того, внутри- и межплазмидная рекомбинация может приводить к перетасовке генов на плазмидах, возникновению новых комбинаций и распространению новых катаболических путей, кодируемых плазмидами. Это объясняет широкие катаболические возможности данного рода и преобладание плазмид в загрязненных средах.

Таким образом, состояние системы очистки и доочистки сточных вод и пригодность ее для трансформации (окисления) нефтепродуктов характеризуется родовым составом бактериоценозов.

Принято считать, что основным звеном в ряду деструкторов нефтепродуктов и других органических загрязнений являются бактерии. Но, несмотря на это, нельзя недооценивать роль растений как низших, так и высших в процессах деструкции нефтяного загрязнения. Как уже было сказано ранее, растения сами выступают в роли деструкторов. Часть нефтепродуктов утилизируется тканями растительных организмов.

В условиях загрязнения среды растение отвечает на внешние воздействия комплексом приспособительных реакций, различных по своему назначению в зависимости от уровня их организации. На уровне клетки происходит перестройка работы определенных метаболических центров, на уровне отдельных органов могут наблюдаться изменения некоторых их функций и, наконец, в целостном растительном организме в этом случае имеет место комплекс фенотипических приспособлений, которые на уровне вида проявляются в изменениях ритмов роста и развития организма [8].

В основе приспособительных реакций растительного организма лежат соответствующие изменения состояния мембранных систем, которые относятся к категории неспецифических адаптивных реакций и далее находят свое отражение в сдвигах в скорости и направленности окислительно-восстановительных процессов, изменении прочности белково-липидного комплекса мембран. К интегральным показателям таких явлений могут быть отнесены изменения рН и редокс-потенциала клеточного содержимого, активность ионов протоплазмы, показатели ее электропроводности и другие характеристики [25].

Влияние токсических соединений (таких, как углеводороды, главным образом, алканы и циклоалканы, являющихся компонентами неочищенной нефти, ароматические углеводороды, детергенты и др.) на растительные организмы различно. Водоросли отмечены как более чувствительные тест-организмы по сравнению с другими гидробионтами и используются в качестве тест-объектов при определении токсичности некоторых соединений.

Водное хозяйство России № 1, 2015

Водное хозяйство России

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Однако надежность такой оценки зависит от класса соединений, вида водорослей и учтенных параметров. Например, по данным [26], наблюдается разная чувствительность растений к нефтепродуктам: для Dunaliella tertiolecta Butch. отмечена значительная устойчивость по отношению к водным растворам мазута или самой сырой нефти в отличие от Chlorella autotrophica Shih. et Krauss. По данным [27], Chlorella vulgaris и Scenedesmus obliquus выдерживают концентрацию нефтепродуктов до 40 г/л (инокулиро-вание нефтесодержащих сточных вод данными видами способствует очистке их от нефтепродуктов на 40-70 %), тогда как для Aphanizomenon flos-aquae угнетение роста и развития наступает уже при концентрации 0,5 мг/л. Проявление углеводородами физиологической активности может служить одним из доказательств того, что растения поглощают эти соединения.

Еще в начале XX в. Хеллер [8] исследовал влияние алифатических и ароматических углеводородов на растения Sinapis и Brassica. В экспериментах были использованы смеси алканов: петролейный эфир (темп. кип. 55-60 °С), бензин (темп. кип. 60-75 °С) и нефть (темп. кип. выше 150 °С), а также ароматические углеводороды бензол и ксилол. При высокой концентрации указанные углеводороды вызывали гибель опытных растений; низкокипящие углеводороды, как в алифатическом, так и в ароматическом ряду, обуславливали более сильный эффект; при этом ароматические углеводороды по токсичности намного превосходили алканы.

Изучение гербицидных свойств индивидуальных углеводородов показало, что активность соединений возрастает в такой последовательности: парафины, олефины, нафтены, арены. Причем применение различных концентраций гербицидов инициирует часто противоположный эффект, вплоть до стимуляции роста, а также наблюдается различие в воздействии на разные виды. Экспериментальные данные показывают, что корнями растений поглощается весьма широкий спектр гидрофильных и липофильных органических молекул (алифатические, ароматические и гидроароматические углеводороды, спирты, фенолы, амины, молекулы, содержащие разные гетероциклы, и т. п.). При этом поглощаются даже вещества, обладающие исключительно низкой растворимостью в воде, например такие, как полициклические углеводороды [8].

В результате опытов [28] с большим числом растений (55 представителей однолетних и многолетних растений) было доказано, что все исследуемые растения в большей или меньшей степени способны поглощать и ме-таболизировать алифатические и ароматические углеводороды. Газообразные углеводороды усваиваются, главным образом, листьями растений. Растворимые в воде углеводороды могут усваиваться растениями через корни в виде водных растворов. Продукты превращения поглощенных листьями углеводородов передвигаются по штамбу к корням растений и, наоборот, из корней продукты метаболизма углеводородов мигрируют к листьям.

Водное хозяйство России № 1, 2015

Водное хозяйство России

Проведенные исследования [8] также доказывают, что газообразные ал-каны, одноатомные спирты, альдегиды, кетоны, монокарбоновые кислоты, гидроароматические углеводороды, ароматические одноядерные углеводороды, фенолы, канцерогенные полициклические углеводороды усваиваются из окружающей среды корнями и листьями растений и подвергаются в них катаболическим и окислительным превращениям. Первичным процессом окислительного превращения углеводородов и одноатомных фенолов является их гидроксилирование, в результате чего образуются соответствующие спирты и фенолы. Их дальнейшее окисление приводит к образованию органических кислот. Арены и фенолы окисляются с расщеплением ароматического кольца. Углеродные атомы всех изучаемых веществ при их катаболическом и окислительном метаболизме включаются через цикл Кребса в общий метаболизм растительной клетки. Часть углерода ксенобиотиков окисляется до углекислого газа. За счет превращения углеродного скелета ксенобиотиков в растениях могут образовываться органические кислоты, аминокислоты, сахара. Продукты метаболизма ксенобиотиков передвигаются обычными путями по всем органам растения. Первичные стадии детоксикации катализируются металлоферментами, содержащими атомы меди и железа. Хлоропласты играют важную роль в первичных процессах детоксикации, в частности, при гидроксилировании и декарбоскилировании.

Важную роль в трансформации полиароматических углеводородов, в том числе такого опасного соединения как бенз(а)пирен, играют полифено-локсидазы (ПФО). В исследованиях [29] установлено высокое содержание данного фермента в водных растениях в течение всего вегетационного периода (на примере талломной водоросли рода Clаdophora (табл. 4).

Динамика снижения концентрации бенз(а)пирена во времени в системе с загрузкой из талломных водорослей описывается уравнением

С- = Соехр

-0,0284-1

(4)

Коэффициент корреляции - 0,95.

Более высокая интенсивность поглощения бенз(а)пирена наблюдалась в системе с нитчатыми водорослями при концентрации его порядка 0,02 мг/л

Таблица 4. Динамика формирования биомассы и активности ПФО для Clаdophora в вегетационный период

Показатели Период

апрель июль октябрь

Биомасса, г/м2 3900,0 6100,0 4270,0

Суммарная активность ПФО, мг/м2 9750,00 22 875,00 13 237,00

Водное хозяйство России № 1, 2015

Водное хозяйство России

(превышение ПДК в 20 000 раз), однако при этом значительное место имели физико-химические процессы снижения его концентрации или вывода из водных масс.

В результате исследований авторами [30] разработана технология защиты водных объектов от загрязнения нефтепродуктами и бенз(а)пиреном, поступающими в них с поверхностным стоком с объектов железнодорожного транспорта, которая применима к любому объекту техносферы, загрязняющему водные объекты нефтепродуктами и особенно таким высокоопасным канцерогенным соединением, как бенз(а)пирен.

Широкие возможности биосинтеза азотсодержащих веществ у растений используются ими и для детоксикации ксенобиотиков. Не исключается возможность, что ксенобиотики вначале усиливают образование пептидов, а затем сами взаимодействуют с ними. Катаболический и окислительный метаболизм ксенобиотиков, наряду с процессами конъюгации в растительной клетке, по-видимому, является одним из условий защиты ее внутриклеточного метаболизма и ультраструктуры.

Таким образом, роль фитоценоза в самоочищении водных объектов от нефтепродуктов сложна, включая как создание условий для интенсификации окисления последних гетеротрофной микрофлорой, так и непосредственную детоксикацию названных соединений в процессах метаболизма.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

10.

Экологическая биотехнология: Пер. с англ. / под ред. К.Ф. Форстера, Д.А. Дж. Вейза. Л.: Химия, 1990. Пер. изд.: Великобритания, 1987. 384 с.

Морозов Н.В., Петрова Р.Б., Петров Г.Н. Роль высшей водной растительности в самоочищении рек от нефтяного загрязнения // Гидробиол. журн. 1969. № 4. Т. V. С. 73-78. Морозов Н.В., Телитченко М.М. Ускорение очищения поверхностных вод от нефти и нефтепродуктов вселением в них макрофитов // Водные ресурсы. 1977. № 6. С. 120-131. Ратушняк А.А., Андреева М.Г. Механизмы симбиотической связи высших водных растений с сопутствующей углеводородокисляющей микрофлорой // Гидробиол. журн. 1998. Т. 34. № 5. С. 49-56.

Ратушняк А.А., Черногорова М.Г., Габдуллин М.Г., Лобода В.И. Механизмы симбио-тической связи высшей водной растительности и нефтеокисляющей микрофлоры // Рациональное использование и охрана природных вод бассейна Средней Волги / сб. науч. тр. Свердловск. 1990. С. 103-121.

Гмызина Н.Б. Защита водных объектов от загрязнения нефтепродуктами с помощью биоинженерных систем: автореф. дис. ... канд. техн. наук. Екатеринбург, УрГУПС, 2003. 22 с. Синельников В.Е. Механизм самоочищения водоемов. М.: Стройиздат, 1980. 111 с. Гетко Н.В. Растения в техногенной среде: Структура и функция ассимиляционного аппарата. Минск: Наука и техника, 1989. 208 с.

Сэги Й. Методы почвенной микробиологии / Пер. с венг. И.Ф. Куренного; под ред. и с предисл. Г.С. Муромцева. М.: Колос, 1983. 296 с.

Bergey's Manual of determinative bacteriology (Eight Ed.). Williams and Wilkins Cpmpany, Baltimore, 1974.

Водное хозяйство России № 1, 2015

Водное хозяйство России

11. Катанская В.М. Высшая водная растительность континентальных водоемов СССР. Л.: Наука, 1981. 286 с.

12. Ермаков А.И. Методы биохимического исследования растений. М. 1952. 315 с.

13. АринушкинаЕ.В. Руководство по химическому анализу почв. М.: МГУ, 1970. 487 с.

14. Унифицированные методы исследования качества вод. Ч. 3. Методы биологического анализа вод. Прил. I. Индикаторы сапробности. 1977.

15. Кузьмин Г.В. Фитопланктон. Видовой состав и обилие // Методика изучения биоценозов внутренних водоемов. М. 1975. С. 73-87.

16. КонстантиновН.М. Гидрология и гидрометрия // М.: Высшая школа, 1980. 200 с.

17. Курсанов А.Л. Взаимосвязь физиологических процессов в растении. М. 1960. 282 с.

18. РД 52.24.476-95 МУ. Методика выполнения измерений массовой концентрации нефтепродуктов в водах ИК-фотометрическим методом.

19. ПНДФ 14.1:2:4128-98. Определение нефтепродуктов в природной, питьевой и сточной воде флюориметрическим методом.

20. Сиренко Л.А. Физиологические основы размножения синезеленых водорослей в водохранилищах. Киев: Наукова думка, 1972. 203 с.

21. Экосистемы в критических состояниях / под ред. Ю.Г. Пузаченко. М.: Наука, 1989. 157 с.

22. Ваулин Г.Н., Зубарева Э.Л. Валлиснерия в Верхне-Тагильском водоеме-охладителе // Сб. ст. «Структура и функции водных биоценозов, их рациональное использование и охрана на Урале. Свердловск. 1979. С. 23-24.

23. Быкорез А.И., Рубенчик Б.Л., Слепян Э.И. Экология и рак. Киев: Наукова думка, 1985. 256 с.

24. Биологический энциклопедический словарь. М.: Сов. энциклопедия, 1986. 831 с.

25. ПетрушенкоВ.В. Адаптивные реакции растения. 1981. 182 с.

26. Pulich W.M., Winters Jr.K., van Baalen C. The effects of a No 2 fuel oil and two crude oils on the Growth and photosynthesis of Microalgae // Mar. Biol. 1974. 28. № 1. P. 87-94.

27. Догадта Т.В. До використания водоростей в очистщ нафтовмюних спчних вод // Укр. ботан. жерн. 1970. 27. № 3. С. 310-313.

28. Мельников Н.Н., Баскаков Ю.А. Химия гербицидов и регуляторов роста растений. М.: ГоНТИ Хим. лит., 1962. С. 59-66.

29. Бондаренко В.В., Липкиндт Т.А. Пути решения предотвращения загрязнения водных объектов и почвогрунтов бенз(а)пиреном на железнодорожном транспорте // Тр. V меж-вуз. конф. (ноябрь 2004 года). Екатеринбург. 2004. С. 285-290.

30. Технология защиты водных объектов и почвогрунтов от загрязнения углеводородами предприятий железнодорожного транспорта // Отчет о НИР / УрГУПС, рук. В.В. Бондаренко. Рег. № 0120.0501172, Екатеринбург, 2006. 110 с.

Сведения об авторах:

Бондаренко Валентина Васильевна, д-р техн. наук, профессор, кафедра техносферной безопасности, ФГБОУ ВПО «Уральский государственный университет путей сообщения» (УрГУПС), 620034, Россия, г. Екатеринбург, ул. Колмогорова, 66; е-шаП: УВоМагепко@ usurt.ru

Сучкова Наталия Борисовна, канд. техн. наук, доцент, кафедра техносферной безопасности, ФГБОУ ВПО «Уральский государственный университет путей сообщения» (УрГУПС), 620034, Россия, г. Екатеринбург, ул. Колмогорова, 66; е-шаД: natalyborisovna57@ mail.ru

Водное хозяйство России № 1, 2015

Водное хозяйство России

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.