CC BY
14
DOI: 10.18454/IRJ.2016.54.225 Гайворонский В.Г.
Кандидат биологических наук, Южный федеральный университет СТИМУЛИРУЮЩЕЕ ДЕЙСТВИЕ МАЗУТНОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ ПОЧВ НА РАСТЕНИЯ
И МИКРООРГАНИЗМЫ
Аннотация
В статье анализируются вероятностные причины стимулирующего действия мазута на растения и микроорганизмы. Проводится сравнение исследований, посвященных влиянию загрязнения мазутом на микробную систему почв, рост и развитие растений, продуктивность растительных сообществ пустынь и полупустынь, а также прорастание семян древесных растений в условиях загрязнения мазутом. Предложены причины стимулирующего действия мазутного загрязнения на растения и микроорганизмы. В качестве выводов приводятся факторы для самовосстановления почвенного покрова при мазутном загрязнении.
Ключевые слова: мазутное загрязнение, почва, растения, микроорганизмы.
Gayvoronskiy V.G.
PhD in Biology, Southern Federal University STIMULATING EFFECT OF OIL POLLUTION OF SOIL ON PLANTS AND MICROORGANISMS
Abstract
The article analyzes possible causes of the stimulating effect of the oil on plants and microorganisms. There is a comparison of researches on the effects of oil pollution on the microbial system of the soil, the growth and development of plants, productivity of plant communities of deserts and semi-deserts, and the germination of seeds of woody plants in pollution by oil. It is proposed the causes of stimulating effect of oil pollution on plants and microorganisms. In conclusion, there are factors to restore soil cover which is polluted by oil.
Keywords: oil pollution, soil, plants, microorganisms.
Мазут является достаточно распространенным веществом, которое является веществом-загрязнителем о кружающей природной среды, в том числе почвы. Последствиями антропогенной деятельности, связанной с использованием мазутов, являются их утечки, повсеместные почвенные загрязнения. Источниками таких загрязнений становятся как места хранения, так и места его использования и транспортировки. Масштабы загрязнений мазутом давно превысили все допустимые пределы, а нормирование загрязнений, устойчивость к ним различных типов почв, а также способность к самовосстановлению и восстановлению почв с участием человека остаются открытыми вопросами даже в наш век прорывных технологических решений.
Мазутные загрязнения оказывают негативное воздействие на эколого-биологические свойства почв: происходит снижение активности каталазы и дегидрогеназы, наблюдается снижение показателей прорастания и начального роста растений, целлюлозолитической способности, а также обилия бактерий рода Azotobakter. Причем степень ухудшения свойств находится в прямой зависимости от концентрации вещества в почве.
Изучая научную проработанность вопроса, мы смогли найти весьма немного научных исследований, которые бы были посвящены исследованиям мазутного загрязнения почв. Более того, нам не удалось найти информации, что когда-либо было проведено исследование, изучившее стимулирующее воздействие мазутного загрязнения почв на микроорганизмы и (или) растения. Одновременно факты загрязнения почв мазутом в нашей стране весьма распространены и повсеместны.
Настоящее исследование преследует цель анализа причин стимулирующего действия биогенного по своей природе вещества - мазута на растения и микроорганизмы. Вторичной целью исследования является попытка найти способ обратить негативные последствия уже произошедшего разлива (утечки) мазутов в главный фактор, влияющий на восстановление почвы; определение факторов для самовосстановления почвенного покрова.
Исследования Звягинцева и др. ученых, посвященные диагностическим признакам различных уровней загрязнения почв нефтью [2, C. 73] доказывают, что, несмотря на самые опасные последствия от мазутных загрязнений почв, некоторые компоненты мазута, при низких концентрациях, способны оказывать на почвенную биоту стимулирующее водействие. Основной причиной тому является способность послужить энергетическим субстратом для микроорганизмов.
Циклом исследований, посвященных влиянию загрязнения мазутом на микробную систему почв, были отмечены трансформации не только в численности, но и в составе почвенных микроорганизмов.
Этими исследованиями зафиксировано увеличение численности аммонифицирующих, азотофиксирующих, денитрофицирующих, сульфатредуцирующих бактерий, микромицетов и дрожжей при внесении мазутного загрязнения от 2 по 5% от общей массы почвы в модельных экспериментах с различными типами почв.
Ученые Юга России [3, С. 1199] отмечают, что внесение в почву мазута в количестве 2% от общей массы почвы вызывало рост численности исследуемых бактерий под действием мазута, что связано с тем фактом, что за время эксперимента бактерии, не устойчивые к мазуту, успели отмереть, а устойчивые виды начали использовать их биомассу для своего роста.
В то же время все биологические показатели снижают свои значения при загрязнении почв мазутом, причем степень указанного снижения находится в прямой зависимости от концентрации мазута в почве.
Наиболее устойчивы к мазутным загрязнениям черноземы, поскольку данные типы почв отличает хорошая оструктуренность, окислительные условия и высокая биологическая активность. Существующие особенности черноземов обеспечивают их большую устойчивость к загрязнениям мазутом, а также большую скорость его
10
разложения, в отличие от почв, формирующихся под травянистой растительностью на песках в степной зоне -серопесках. Отличительной особенностью данных почв является наличие в профиле бесструктурного серого гумусового горизонта с низким содержанием гумуса, а также малой емкостью обмена. Также серопески характеризуются отсутствием карбонатного горизонта и нейтральной реакцией среды.
При исследовании фитотоксического действия мазута на растения (их рост и развитие) на серопесках, загрязнитель в низких концентрациях способен оказывать на длину корней и побегов редиса значительное стимулирующее воздействие. Причем доказано, что серопески способны сохранять высокие показатели при значительном мазутном загрязнении (при внесении более 20% от общей массы почвы). Основной причиной тому является легкий гранулометрический состав, который позволяет сохранять весьма приемлемый воздушный и окислительно-восстановительный режим для растений. Вторым следствием стимулирующего воздействия служит факт привнесения дополнительного органического вещества и минеральных элементов в почву. В мазуте могут содержатся указанные органические вещества. Более того, на серопесках они способны улучшить питание растений.
И все же, только малые концентрации мазута способны стимулировать рост и развитие растений, также только при малых дозах загрязнения растения в большинстве случаев способны проявить устойчивость к мазутным загрязнениям. Среди них такие растения, которые способны к быстрому вегетативному размножению, а также растения-многолетники и растения с большой биомассой.
В соответствии с исследованиями пермских ученых [4, С. 224], стимулирование растений также было отмечено в полевых условиях. Исследования проводились на богатых битумами почвах, которые находились над зонами глубинных разломов нефтеносных территорий. В качестве особенности исследователями было отмечено, что растения пустынь и полупустынь в течение всего вегетационного сезона сохраняли ярко зеленый цвет, а одновременно вне этих зон, растительный покров был полностью подвержен выгоранию уже к началу летнего периода. Что касается высоты растений, то на участках почв, подверженных загрязнению, она в 2 -3 раза большее, что говорит и о более высокой продуктивности растительных сообществ.
Также основанием стимулирующего действия мазута может служить наличие нафтеновых масел и нафтеновых кислот, которые составляют основу нефтяного ростового вещества.
Обращаясь к наблюдениям за прорастанием семян древесных растений [1, С. 21] подтверждено, что содержащееся в мазуте нефтяное ростовое вещество может оказывать благоприятное влияние на прорастание семян и рост проростков хвойных лесообразующих видов древесных растений.
В этой связи, на наш взгляд, имеет право на существование теоретическая возможность того, что одним из универсальных технологических решений для предотвращения последствий загрязнения почв мазутом может стать способ получения нефтяного ростового вещества в полевых условиях непосредственно на территории произошедшего разлива (утечки) и, как следствие, преобразование негативного фактора, в главный фактор, влияющий на восстановление почв.
Можно заключить, что причинами стимулирующего действия мазутного загрязнения на растения и микроорганизмы являются следующие способности биогенного вещества попадающего в почву:
- наличие дополнительного органического вещества, привносимого в почву;
- наличие дополнительных минеральных элементов, улучшающих питание растений;
- выполнение функций энергетического субстрата при взаимодействии с почвенной биотой;
- влияние имеющихся в мазуте ростовых веществ на растения.
Факторами для самовосстановления почв в условиях мазутного загрязнения служат:
- освобождение почвы от наиболее восприимчивых микроорганизмов для использования видами, которые являются более устойчивыми к мазутному загрязнению, их биомассы;
- снижение конкуренции как последствие прореживания травостоя и увеличения площади питания выживших представителей растений.
Список литературы / References
1. Донец Е.В. Влияние нефтяного загрязнения на прорастание семян хвойных пород / Е.В. Донец, А.И. Григорьев // Лесоведение. - 2008. - № 5. - С. 18-21.
2. Звягинцев Д. Г., Гузев В. С., Левин С. В. Диагностические признаки различных уровней загрязнения почв нефтью // Почвоведение. - 1989. - № 1. - С. 72-78.
3. Мазанко М.С., Колесников С.И., Денисова Т.В., Кузина А.А., Вернигорова Н.А., Капралова О.А., Бабаян К.С., Лаптинова А.С. Устойчивость чернозема к сочетанному загрязнению нефтью и электромагнитным полем // Политематический сетевой электронный журнал Кубанского государственного аграрного университета (Научный журнал КубГАУ). - 2013. - № 07(91). - С. 1195-1204.
4. Оборин А.А. Нефтезагрязненные биоценозы: монография / А.А. Оборин, В.Т. Хмурчик, С.А. Иларионов, М.Ю. Маркарова; - Пермь; УрО РАН; Перм. гос. ун-т; Перм. гос. техн. ун-т., 2008. - 511 с.
Список литературы на английском языке / References in English
1. Donets E.V. Vliyanie neftyanogo zagryaznenia na prorostanie semyan hvoinih porod [Influence of oil pollution on the germination of seeds of coniferous breeds] / E. V. Donets, A. I. Grigoriev]. / / Lesovedenie [Russian Journal of Forest Science] - 2008. - No. 5. - P. 18-21. [in Russian]
2. Zvyagintsev D.G., Guzev V.S., Levin S.V. Diagnosticheskie priznaki razlichnih urovney zagryaznenia pochv neftiu [Diagnostic signs of different levels of soil contamination by oil] // Pochvovedenie [Eurasian Soil Science] - 1989. - No. 1. - P. 72-78. [in Russian]
3. Masanko M.S., Kolesnikov S.I., Denisova T.V., Kuzina A.A., Vernigorova N.A. Kapralova O.A., Babayan K.S., Laptinova A.C. Ustoichivost chernozema k sochetannomu zagryazneniu neftiu i elektromagnitnim polem [Resistance of the topsoil to the associated oil pollution and electromagnetic field] // Politematicheskiy setevoi elektronniy gurnal Kubanskogo
gosudarstvennogo agrarnogo universiteta (Nauchniy gurnal KubGU) [Polythematic network electronic journal of the Kuban state agrarian University (Scientific journal of KubSAU)]. - 2013. - № 07(91). - P. 1195-1204. [in Russian]
4. Oborin A.A. Neftezagryaznennie biocenozi: monografia [Contaminated communities: monograph] / A.A. Oborin, V.T. Khmurchik, S.A. Ilarionov, M.Y. Markarova; Perm. state University; Perm. gos. tehn. Univ. of Perm, 2008. - 511 P. [in Russian]
DOI: 10.18454/IRJ.2016.54.207 Гарбуз С.А.1, Корытова В.Е.2
1ORCID: 0000-0003-0154-5523, бакалавр, магистрант, 2ORCID: 0000-0002-1154-5335, бакалавр, магистрант, Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики.
ПОДБОР ОПТИМАЛЬНОЙ ПИТАТЕЛЬНОЙ СРЕДЫ ДЛЯ ГОМОГЕННОГО, ПЕРИОДИЧЕСКОГО КУЛЬТИВИРОВАНИЯ AZOTOBACTER CHROOCOCCUM
Аннотация
В данной работе изучена литература и отобраны наиболее подходящие среды для культивирования Azotobacrer chroococcum. Проведены эксперименты, необходимые для подбора оптимальной питательной среды для культивирования бактерий Azotobacter chroococcum. Проведена сравнительная оценка питательных сред, рекомендованных для культивирования. Применение данных микроорганизмов в качестве биоудобрения может увеличить продуктивность сельского хозяйства за счет увеличения выхода сельскохозяйственных культур.
Ключевые слова: Azotobacter chroococcum, культивирования, оптимальная питательная среда, подбор среды.
Garbuz S.A.1, Korytova V.E.2
1ORCID: 0000-0003-0154-5523, bachelor's degree,
2ORCID: 0000-0002-1154-5335 bachelor's degree, Saint Petersburg National Research University of Information Technologies, Mechanics and Optics SELECTION OF THE OPTIMAL CULTURE MEDIUM FOR HOMOGENEOUS, PERIODIC CULTIVATION
OF AZOTOBACTER CHROOCOCCUM
Abstract
In this paper we studied the literature and selected the most suitable environment for the cultivation Azotobacrer chroococcum. The experiments required for the selection of optimal culture medium for culturing bacteria Azotobacter chroococcum. A comparative evaluation of nutrient media recommended for cultivation. The use of microorganisms as biofertilizers can increase agricultural productivity by increasing the yield of crops.
Keywords: Azotobacter chroococcum, cultivation, optimal nutrient medium, the selection medium.
1. Введение
В сельском хозяйстве остро стоит вопрос продуктивности сельскохозяйственных культур, существует множество разнообразных удобрений для увеличения плодородия почвы или для повышения ее выработки. Большинство этих удобрений просто вносят в почву необходимые для растений элементы питания или усиливают отдачу этих элементов от почвы. Тем самым либо изменяя качественный и количественный состав почвы, так как внесенные элемент не полностью потребляются растениями и накапливаются. Либо, во втором случае, они полностью исчерпывают почвенные ресурсы за один-два сезона, что привод к повышению количества неплодородных и непродуктивных земель.
Особое место в числе удобрений занимают биологические удобрения, то есть удобрения на основе почвенных бактерий. Одним из представителей биоудобрений являются препараты на основе бактерий вида Azotobacter chroococcum, этот вид способен переводить молекулярный азот, содержащийся в атмосфере в растворимую, доступную для растений форму.
Бактерии рода Azotobacter практически не вступают в антагонистические отношения в другими обитателями почвы, тем самым не нарушая почвенную биоту и, одновременно с этим, фиксация происходит лишь небольшого количества азота, что не привод к накоплению азота в почве (Прохоров, 1969).
Согласно проводимым исследованиям, продуктивность выращивания сельскохозяйственных культур повышается на 15-20%. Все это делает биоудобрения на основе бактерий Azotobacter необходимыми в современном мире.
Бактерии азотофиксаторы - играют одну из основных ролей в круговороте азота в природе. Процесс, осуществляемый ими очень важен для растений.
2. Методы
Для производства биоудобрения для азотфиксации нами были приобретены три штамма Azotobacter chroococcum.
Наиболее важной и первостепенной задачей являлось подбор питательной среды и условий культивирования для получения титра бактерий не менее 10*8 КОЕ/мл. Для решения этой задачи мы использовали несколько сред и разные условия культивирования.
Подбор сред осуществлялся с помощью литературных данных и интернет источников (Петенко, 2013; Муталиева, Астафьева, 2012). Некоторые среды нами дополнялись и компоновались. Были также испробованы среды, предложенные для культивирования Azotobacter chroococcum поставщиком бактерий. В общей сложности мы испробовали 5 сред, выбирая оптимальную для получения необходимого титра. Готовился сначала концентрат среды на каждый ферментер отдельно, после чего добавлялась очищенная через фильтр вода до объема 7 литров. Потом
