CC BY
66. Прожерина Н.А. Морфофизиологическая диагностика состояния хвойных в условиях аэротехногенного загрязнения на примере Архангельского промышленного узла: дис. канд. биол. наук. Архангельск, 2001. 170 с.
7. Степанов К.И., Недранко Л.В., Методические указания по определению элементов
УДК 57.966
фотосинтетической продуктивности растений. Кишинев, 1988. 35с.
8. Чупахина Г.Н., Масленников П.В., Скрыпник Л.Н., Бессережнова МИ.Реакция пигментной и антиоксидантной систем на загрязнение окружающей среды г. Калининграда выбросами автотранспорта // Вестник Томского госу-дарственного университета. Биология. 2012. №2 (18). - С. 171 - 185.
Е.Б. Двуреченская E.B. Dvurechenskaya
МГУ им. М. В. Ломоносова Lomonosov Moscow State University
119991, Москва, Ленинские горы, д. 1 1, Leninskie gory str., Moscow, 119991
e-mail: navrodskaya@gmail.com
ЦЕЛЛЮЛОЗОЛИТИЧЕСКАЯ АКТИВНОСТЬ ДЕРНОВО-ПОДЗОЛИСТЫХ ПОЧВ ПОДТАЕЖНЫХ ЛАНДШАФТОВ ПРИ ЗАГРЯЗНЕНИИ РАЗЛИЧНЫМИ УГЛЕВОДОРОДНЫМИ ТОПЛИВАМИ
Исследования проведены на основании полевого модельного эксперимента, организованного 2014 году и продолжавшегося четыре года. При организации этого эксперимента в почвы внесены бензин, керосин и дизельное топливо в различных концентрациях (5 г/кг, 25 г/кг, 500 г/кг), что повлекло за собой разнообразные изменения целлюлозолитической активности почв. По результатам эксперимента проведен анализ сезонной динамики и построены графики изменения целлюлозолитичексой активности. Ключевые слова: разливы бензина керосина и дизеля, загрязнение дерново-подзолистых почв, целлюлозолитическая активность почв, биологическая активность почв.
CELLULOTIC ACTIVITY OF SOD-PODZOLIC SOILS OF SUBTAIGA LANDSCAPES CONTAMINATED BY DIFFERENT TYPES OF HYDROCARBON FUEL
The research based on the method of modeling in natural conditions was conducted from 2014 to 2017. Three
types of hydrocarbon fuel (gasoline, kerosene and diesel) were spilled into sod-podzotic soils of the chosen site
(5 g/kg, 25 g/kg, 500 g/kg). That resulted in various changes of the soil cellulotic activity which were analyzed
considering the seasonal dynamic. The changes of the activity are reflected in the diagrams.
Key words: gasoline, kerosene and diesel spills, sod-podzolic soils contamination, sod-podzolic soils cellulotic
activity.
В исследованиях воздействия загрязнителя на природную среду необходимо уделить особое внимание деструкции и аккумуляции органического вещества в ландшафте, как основополагающему процессу жизнедеятельности организмов [1,3,4,5]. Одним из важнейших показателей накопления органического вещества в ландшафте, является целлюлозолитическая активность, отражающая интенсивность деструкции и переработки твердых органических остатков в органическое вещество почвы [5, 6]. Наблюдения за скоростью этой деструкции на фоне углеводородного загрязнения помогают в выявлении темпов включения техногенного вещества в природные биогеохимические циклы [2], в восстановлении земель при различных уровнях загрязнения нефть [1].
Целью данной работы является изучение влияния разливов различной мощности бензина, керосина и дизельного топлива на целлюлозолитическую активность дерново-подзолистых почв подтаежных ландшафтов Калужской области при разливах различных углеводородных топлив (бензина,
© Двуреченская Е.Б., 2018
керосина и дизельного топлива) в течение 4 лет после разливов (2014-2017). Поскольку на практике аварийные разливы происходят стихийно, и синхронно проследить одномасштабные разливы разных топлив в пределах однотипного почвенного покрова практически невозможно, данная работа основывается на полевом ландшафтно-геохимическом моделировании. Основные задачи работы: заложить модельную площадку в пределах типичного автономного ландшафта подтаежной зоны на дерново-подзолистых почвах, рассчитать несколько уровней предельных нагрузок для всех типов топлива, определить изменения целлюлозолитической активности в течение четырех лет после разлива бензина, керосина и дизельного топлива, а также ранжировать поллютанты по степени изменения целлюлозолитической
активности.
В пределах Сатинского учебного полигона (Калужская область, Боровский район, окрестности дер. Сатино) заложена экспериментальная площадка, на которой произведено обследование исходного состояния почвенного покрова и отобраны образцы почвы для дальнейших исследований, а также составлено комплексное геоботаническое описание
растительного покрова. Исследования химических и физических свойств производились по общепринятым методикам. Гранулометрический состав определен на лазерном гранулометре Fricsh. Измерение рН произведенос помощю рН-метра Эксперт-рН. Содержание органического углерода (С) определялось методом бихроматного окисления, также известного как «метод мокрого озоления по Тюрину».
При реализации модельного эксперимента для оценки воздействия бензина, керосина и дизельного топлива на пробную площадку внесены их разные концентрации (5 г/кг (площадка 50Х300 см), 25 г/кг (50Х300 см), 500 г/кг (50Х50 см) при расчете на 10 см. почвы). Целлюлозолитическая активность оценивалась по модернизированной аппликационной методике (Мишустин, 1978). Подготавливались тест-объекты (отрезы льняного полотна 10х15 м), упакованные в стеклотканевую сетку. Тест-объекты экспонировались в почве в течение 30 суток в трёхкратной повторности на глубине 0-10 см.
Активность микробного разложения целлюлазы оценивалась по убыли веса льняного полотна. Наблюдения на экспериментальной площадке проводились в течение 4 лет (2014-2017 гг.) с апреля по октябрь с момента загрязнения, исключая зимний период.
При анализе целлюлозолитической активности использовались фондовые данные по температуре почвенного покрова. Исходная информация по среднемесячной температуре почвы за период исследования взята из метеорологического ежемесячника ВНИИГМИ-МЦД [7] и дополнена данными учебной метеостанции МГУ в пределах Сатинского учебного полигона.
Автономный ландшафт данной территории сформирован смешанным березово-еловый лещиновым неморальнотравным лесом на дерновой среднеподзолистой среднесуглинистой на среднем суглинке, подстилаемой покровными суглинками почве.
Березово-еловый с дубом лещиновый неморальнотравный лес на дерновой среднеподзолистой среднесуглинистой почве на покровном суглинке характеризуется господством в древостое (формула - 6Е3Б1Д, сомкнутость 0,7) ели европейской (Picea abies) и березы повислой (Betula pendula) при участии дуба черешчатого (Querqus robur), с разновозрастным подростом ели и лещиной (Corylus avellana) в подлеске. Довольно разреженный травяный покров (общее проективное покрытие (ОПП) - 15-20%) образуют в основном представители неморального комплекса видов (Ajuga reptans, Carex sylvatica, Ranunculus cassubicus) при участии бореальных (Pyrola rotundifolia, Luzula pilosa) и сорно-лугово-опушечных (Veronica chamaedrys, Geum urbanum, Lysimachia nummularia) видов. Флористическое разнообразие фитоценоза низкое и составляет для пробной площади (20х20 м) - 15 видов, а для экспериментальных площадок (0,5-1,5 м) - 0-4 видов.
Профиль почвы имеет следующее строение: лесная подстилка Ао - мощностью 1 -3 см., слегка
задернованная, А1 - гумусовый горизонт (6 - 9 см) четко выраженный, содержит хорошо гумифицированное вещество, тесно связанное с минеральной частью, пронизан корнями травянистых и древесных растений. В профиле почвы прослеживается мощный переходный горизонт А1А2 6(9) - 24 (31) см светло-серого цвета, однородный, комковато-ореховатой структуры. Горизонт А2 выражен фрагментарно (на глубинах 24 - 40 см), белесовато-серый, ореховатой структуры, пористый, с редкими железистыми подтеками по граням структурных отдельностей и порам. Переходный к горизонту В - А2В (40(54) - 66(77) см) неоднородно окрашенный, светло-серый с темно-бурыми и светло-бурыми пятнами, ореховатая структура менее выражена и отдельности приобретают глыбистые формы, встречаются пятна оглеения. Нижележащий иллювиальный горизонт В - наиболее плотный и яркоокрашенный в профиле, серовато-бурый, слитой, по структуре глыбистый с признаками горизонтальной делимости.
По гранулометрическому составу данная почва -среднесуглинистая. Почва имеет низкую плотность верхнего горизонта (0,93 г/см3) и относительно высокую влажность 26,3 % в среднем за исследуемый период. Почва характеризуется кислой реакцией среды. Содержание органического углерода составляет 3,98 %, что является типичным для дерново-подзолистых почв. Для дерново -подзолистых почв данная почвенная разновидность достаточно богата элементами питания азотом (1,89%), фосфором (подвижная форма -210,80 мг/кг) и калием (подвижная форма - 12,85 мг/кг).
Целлюлозолитическая активность дерново -подзолистых средне-суглинистых почв в среднем составляет 12,1 мг/сут. Сезонная динамика отличается достаточно слабой весенней активностью (в среднем 6,8 мг/сут), в летний период составляет 13,4 мг/сут, а осенью, как правило, достигает своего максимума 16,22 мг/сут, как правило, в августе. Необходимо отметить, что целлюлозолитическая активность зависит от температуры почвы с коэффициентом корелляции 0,78. Это означает, что чем выше температура почвенного покрова, тем более активно ведут свою деятельность углеродоокисляющие микроорганизмы.
Разложение целлюлазы является одним из основных звеньев в цепи превращения органических соединений почвы. В случаях, когда к природным органическим соединениям добавляются техногенные поллютанты, активность разложения целлюлазы показывает скорость деструкции и интенсивность самоочищения почв. Рассмотрим воздействие различных типов углеводородных топлив на дерново -подзолистые почвы с помощью показателя целлюлозолитической активности.
При разливе дизельного топлива во всех видах концентраций (5 г/кг, 25 г/кг, 500 г/кг) в перый месяц после загрязнения ЦА минимальна в сравнении с другими периодами и составляет, в среднем, около 0,13 мг/сут. Максимально активно разложение целлюлазы в первый месяц после загрязнения при самой низкой его интенсивности ( 5 г/кг - 0,26 мг/сут,
25 г/кг - 0,01 мг/сут и 500 г/кг - 0,12 мг/сут). Минимальная целлюлозолитическая активность наблюдается при уровне загрязнения в 25 г/кг. В первый год после разлива среднемесячная динамика ЦА отличается слабой диффириенцированностью. В осенний период при высокой ЦА фоновых почв, целлюлозоокисляющие микроорганизмы
загрязненных почв остаются слабоактивны. ЦА почвы, с разной интенсивностью загрязнения в августе и сентябре 2014 года примерно равна стартовой ЦА ( 5 г/кг - 0,56 мг/сут, 25 г/кг - 0,23 мг/сут и 500 г/кг - 0,34 мг/сут). При этом, тенденция обнаружения минимума при среднем уровне загрязнения, а максимума - при минимальном -сохраняется. Спустя два года после загрязнения осенняя ЦА слабо- и среднезагрязненных почв
превысила ЦА фоновых почв (5 г/кг - 8,10 мг/сут, 25 г/кг - 8,23 мг/сут и 500 г/кг - 3,14 мг/сут). Минимум теперь наблюдается при наиболее сильном загрязнении. Ни через три года после загрязнения, ни через четыре, активности целлюлозоокисляющих бактерий не удавалось превысить фоновые значения. В целом, ЦА через три и четыре года после загрязнения выше при средних уровнях воздействия, с максимумом 28,68 мг/сут. . К 2017 году ( через четыре года ) инверсия хода целлюлозолитической активности загрязненных почв пропадает и устанавливается стандартная зависимость: чем менее загрязнены почвы, тем более активны целлюлозоокисляющие микроорганизмы, однако их активность не превышает фоновую (рис. 1).
•1смперэтурэ почвы на глубине С
Рисунок 1. Воздействие разливов дизельного топлива на дерново-подзолистые почвы
Разливы керосина на поверхность дерново-подзолистых почв приводят к угнетению микробиосообщества, что заметно по низким показателям ЦА в первый месяц после загрязнения. При разливе 5 г/кг ( 0,56 мг/сут) ЦА выше, чем при более сильном загрязнении (25 г/кг - 0,18 мг/сут, 500 г/кг - 0,01 мг/сут). При самой высокой нагрузки в 500 г/кг почненное микробиосообщество оказывается наиболее пассивно. В первый год после загрязнения целлюлозолитическая активность в целом низкая ( 0,49 мг/сут ), в сравнении с последующими периодами, и отличается слабой дифференциацией по сезонам. Слабовыраженный макисимум для всех видов техногенной нагрузки наблюдается в сентябре (5 г/кг - 0,98 мг/сут, 25 г/кг - 0,81 мг/сут, 500 г/кг -0,23 мг/сут ), что совпадает с максимальным фоновым значением. Активность разложения целлюлазы востанавливается уже на второй год после загрязнения и, приближаясь к фоновым значениям, даже существенно превышает их в сезонный максимум в августе ( 5 г/кг - 10,23 мг/сут, 25 г/кг -15,23 мг/сут, 500 г/кг - 13,22 мг/сут, фон - 5,12 мг/кг ). Последующие периоды ( через два и три года ) наблюдения отличаются максиманьной ЦА при средних уровнях загрязнения. Такая тенденция
максимума при средних уровнях техногенной нагрузки сохраняется и через четыре года после загрязнения. И только лишь к осени четвертого года формируется обратная зависимость количества внесенного загрязнителя и ЦА, то есть чем выше уровень загрязнения, тем ЦА выше. Причем, при среднем и минимальном загрязнении ЦА близка к фоновой ( 5 г/кг - 16,41 мг/сут, 25 г/кг - 16,43 мг/сут, 500 г/кг - 18,22 мг/сут, фон - 16,62 мг/кг ) (рис. 2).
Воздействие разливов бензина на почвенную микробиоактивность отличается наиболее активной стартовой реакцией микробиосообществ, чем в случаях с дизельным топливом и керосином. Уже в первый месяц после внесения загрязнителя 5 к/кг наблюдается резкое увеличение ЦА ( до 5,12 мг/сут ) в сравнении с фоновым ( 1,27 мг/сут ). Сезонный ход ЦА в первый 2014 год отличается динамикой, близкой к фоновой. Сентябрьский максимум для всех видов нагрузки составляет для 5 г/кг - 8,54 мг/сут, 25 г/кг - 9,15 мг/сут, 500 г/кг - 0,98 мг/сут, при фоновом значении в 20,23 мг/сут. Хотя в сентябре и наблюдается небольшое превышение ЦА среднезагрязнезагрязненных почв над
слабозагрязненными, это не носит постоянный характер для данного периода. На второй год после
загрязнения среди различных уровней нагрузок сохраняется наибольшая ЦА при разливе в 5 г/кг, а при разливе 500 г/кг - самая низкая. На терий год наибольшей ЦА отличаются среднезагрязненные почвы, а на четвертый - наиболее загрязненные почвы. Через четыре года после загрязнения в осенний период разные урони воздействия разливов бензина вызывают схожую активность
целлюлозоокисляющих микроорганизмов (5 г/кг -17,98 мг/сут, 25 г/кг - 16,81 мг/сут, 500 г/кг - 20,23 мг/сут, фон - 17,63 мг/сут ), при этом наиболее активно занимаются процессом разложения целлюлазы микроорганизмы наиболее загрязненных почв (рис. 3).
•Температура почвы на глубине
Рисунок 2. Воздействие разливов керосина на дерново-подзолистые почвы
ВЬензин 2Ь г/кг сенэин 500 г/кг [емпература почеы г
Рисунок 3. Воздействие разливов бензина (АИ-92) на дерново-подзолистые почвы.
Эксперименты по оценке влияния углеводородных топлив на активность почвенного микробоценоза отражают способность деструкции органических поллютантов, 1)скорость
востановления почвенного микробоценоза, и позволяют наглядно проследить за 2)динамикой этого процесса во времени, и 3)дают представление о периоде наиболее активного разложения, как
благоприятного_для_организации
микробиорекультивационных работ.
1) В данном случае, очевидно, что группы микроорганизмов дерново-подзолистых почв
достаточно активно работают на разложение органических поллютантов различных видов и за четыре года после внесения загрязниетеля востанавливают свою активность близкую к фоновой. разливы углеводородных топлив оказывают негативное воздействие на микробоценоз.
2) Все виды разливов, кроме бензинового, за первы месяц воздействуют на биологическую активность почв угнетающе, ЦА близка к нулю. При разливах дизельного топлива быстрее востанавливается уровень ЦА в слабозагрязненных почвах ( 5г/кг ). Вероятно, это связано с достаточно
большим количеством тяжелых фракций, находящихся в составе дизельного топлива и препятствующих быстрому его вымыванию из почвенного профиля. Эффект от внесения керосина проявляетсчя в высоких темпах востановления среднезагрязненных почв, так как, возможно, даннный уровень загрязнения ( 25 г/кг ) является оптимальным для активного питания и жизнедеятельности микроорганизмов. Попеременно проявляет свою высокую активность микробиота слабо-, средне- и сильнозагрязненных почв при разлливах бензина (через 2, 3, 4 года соответственно ). Особенно важно, что при высоких скоростях выноса легких углеводородов, входящих в состав бензина, даже максимальные уровни нагрузки дают возможность микробоценозу восстановить свою активность через четыре года.
3) Пик микробиологической активности при разливах как дизельного топлива, так керосина и бензина наблюдается на второй год после загрязнения. То есть через два года потенциально наиболее эффективными будут работы по микробиологической рекультивации.
Библиографический список
1. Бузмаков С.А. Восстановление земель при различных уровнях загрязнения нефтью// Записки горного института. 2013. СПб. Т.203 С.128-132.
УДК 502.521
2. Бузмаков С.А., Башин Г.П. Метод оценки воздействия остаточных нефтепродуктов на почвы //География и природные ресурсы. 2004 №2. С 119122.
3. Бузмаков С.А., Егорова Д.О., Гатина Е.Л. Доза-эффект нефтезагрязнения почв на биотический компонент экосистем // Вестник Российского университета дружбы народов. Серия: Экология и безопасность жизнедеятельности. 2017. Т. 25. № 2. С. 217-229.
4. Соромотин А.В. Воздействие добычи нефти на таежные экосистемы Западной Сибири. Монография. Тюмень: Издательство Тюменского государственного университета, 2010. - 320 с.
5. Титова В.И., Козлов А.В.. Методы оценки функционирования микробоценоза почвы, участвующего в трансформации органического вещества. Н. Новгород: НГСХА, 2012. 64 с.
6. A. Lagomarsino, M.C. Moscatelli, A. Di Tizio, R. Manclnelli, S. Grego, S. Maiinari. Soil biochemical indicators as a tool to assess the short-term impact of agricultural management on changes in. organic С in a Mediterranean environment / // Ecological, indicators. 2009. № 9. Р. 518-527.
7. База данных Всеросийского научно-исследовательского института гидрометеорологической информации URL: http://meteo.ru/
Е.А. Дзюба E.A. Dziuba
Пермский государственный национальный Perm State University
исследовательский университет 15, Bukireva st., Perm, 614990
614990, Пермь, Букирева, 15
e-mail: aea_eco@mail.ru
РАЗРАБОТКА НОРМАТИВОВ ДОПУСТИМОГО ОСТАТОЧНОГО СОДЕРЖАНИЯ НЕФТИ И ПРОДУКТОВ ЕЁ ТРАНСФОРМАЦИИ (ДОСНП) В ПОЧВЕ ПОСЛЕ ПРОВЕДЕНИЯ РЕКУЛЬТИВАЦИОННЫХ РАБОТ: ОБЗОР ОПЫТА СУБЪЕКТОВ РФ
В статье рассматриваются основные аспекты разработки нормативов допустимого остаточного содержания нефти и продуктов ее трансформации (ДОСНП) в почве после проведения рекультивационных работ. Говорится о важности введения нормативов ДОСНП для регионов в целях повышения эффективности природоохранной деятельности. Дан анализ опыта разработки нормативов ДОСНП в регионах РФ. На данный момент норматив ДОСНП установлен в Республике Удмуртия, в Ханты-Мансийском автономном округе - Югра, в Ненецком автономном округе, в Республике Татарстан, в Республике Коми, в Чувашской Республике.
Ключевые слова: антропогенная трансформация природной среды, нефть и нефтепродукты, почвенный покров, техногенез.
DEVELOPMENT OF STANDARDS OF ALLOWABLE RESIDUAL CONTENT OF OIL AND PRODUCTS OF ITS TRANSFORMATION IN SOIL AFTER RECOMMENDATION WORKS: SURVEY OF EXPERIENCE OF RF SUBJECTS
The article discusses the main aspects of the development of standards for the permissible residual content of oil and products of its transformation (PULP) in the soil after the reclamation works. It is about the importance of introducing DOSCPS standards for the regions in order to increase the effectiveness of environmental activities. An analysis of the experience in the development of DOSP standards in the regions of the Russian Federation. At the moment, the DOSP standard is set in the Republic of Udmurtia, in the Khanty-Mansiysk Autonomous Okrug
© Дзюба Е.А., 2018
