CC BY
3УДК 504.05 Искаков К.А., Берниязов С., Каримова С.С., Исаева А. У.
Искаков К.А.
директор ТОО Akbastau ecology (г. Алматы, Республика Казахстан)
Берниязов С.
ведущий специалист ТОО Akbastau ecology (г. Алматы, Республика Казахстан)
Каримова С.С.
магистр, НС НИИ экологии и биологии, ЧУ «Шымкентский университет» (г. Шымкент, Республика Казахстан)
Исаева А.У.
директор НИИ экологии и биологии, доктор биологических наук, профессор ЧУ «Шымкентский университет» (г. Шымкент, Республика Казахстан)
ВЛИЯНИЕ НЕФТЯНОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ НА МИКРОФЛОРУ СУГЛИНИТЫХ СЕРОЗЕМОВ ЮГА КАЗАХСТАНА
Аннотация: нефтяное загрязнение почвы влияет на изменение структуры почвенного микробоценоза, при этом установлена зависимость между количественно-качественными харктеристиками нефтепродуктов и закономерностями распространения гетеротрофных, углеводородокисляющих микроорганизмов и микромицетов по горизонтам почв. В условиях юга Казахстана высокая температура и интенсивная инсоляция в летнее
время являются лимитирующими факторами для развития микрофлоры в верхних слоях почвы.
Ключевые слова: нефтяное загрязнение, микрофлора почвы, титр микроорганизмов, инсоляция.
Проблема нефтяного загрязнения окружающей среды в местах нефтедобычи, транспортировки и переработки, до сих пор остается одним из серьезных экологических вопросов современности. Даже незначительное загрязнение почвы нефтепродуктами приводит к изменению структуры почвенного биоценоза, снижает биологические показатели почвы и влияет на окислительно-восстановительные процессы почвы [1, 2]. С другой стороны, известно, что при биорекультивационных работах наиболее эффективно оптимизировать как подавленные естественные микробиологические процессы в почве путем искусственного восстановления оптимальных параметров жизнедеятельности углеводородокисляющих микроорганизмов, так и регулировать состав микробоценоза за счет аугментации активных штаммов микроорганизмов-окислителей высокомолекулярных соединений нефти[3,4]. Известен широкий ряд микроорганизмов различных таксономических групп, способных прямо или косвенно деградировать соединения нефти в почве [5]. В этой связи изучение реакции почвенной микрофлоры на нефтяное загрязнение почвы для последующего выделения микроорганизмов-деструкторов остается одним из важных этапов биоремедиационных мероприятий.
Объектом исследования послужили нефтезагрязненные почвы одного из нефтеперерабатывающих предприятий юга Казахстана, представленные светлыми и типичными суглинистыми сероземами. Для данного типа почв характерно низкое содержание гумуса и высокая карбонатность[5], при этом содержание гумуса в верхних горизонтах варьирует в пределах 1-4% в зависимости от типа серозема. Гумус представлен фульватными и гуматно-фульватными соединениями в соотношении 0,7-0,9. Реакция сероземов слабощелочная 8,1-8,5, с невысокой емкостью поглощения 10-20 мг-экв на 100 г
почвы. Сумма поглощенных кальция и магния 92-98% от общей емкости поглощения. Сухой остаток водной вытяжки в верхних горизонтах достигает 0,1%, до глубины 1,5-2,0 солей еще меньше. Содержание карбонатов в горизонте их максимального содержания находится в пределе 5-11%. В минералогическом составе преобладают первичные минералы как кварц, полевые шпаты, кальцит. Вторичные минералы представлены гидрослюдами, монмориллитами, хлоритами и врмикулитом[6]. Почвы производственной зоны предприятии загрязнены нефтью, бензинами различных марок и мазутом.
Анализ нефтяного загрязнения почв на предприятии показал, что содержание нефтепродуктов в них может колеблется от 1,0 до 25,0 г/100 г почвы.
Изучение самоочищающей активности нативной почвы проводили по численности гетеротрофных и углеводородокисляющих микроорганизмов. Было установлено, что в контрольных образцах грунта в составе автохтонной микрофлоры преобладают бактерии, численность которых достигает 4,1*106 кл/г. При определении доли углеводородокисляющих микроорганизмов в общем составе микрофлоры почвы установлено, что порядка 30% микроорганизмов, выросших на мясо-пептонном агаре, способно использовать углеводороды нефти в качестве единственного источника углерода и энергии. Анализ состояния спонтанной микрофлоры на незагрязненных и загрязненных нефтепродуктами грунтов показал, что численность основных групп гетеротрофных бактерий в нефтезагрязненных грунтах снижена на 63,2±5,0 %, численность актиномицетов на 70,9±6,5%, спорообразующих микроорганизмов на 68,0±6,0%, что объясняется токсичным действием нефтепродуктов на жизнедеятельность микроорганизмов. Интересно отметить, что количество азотфиксирующих микроорганизмов в нефтезагрязненных почвах увеличивается, в среднем, на 25,2±2,1%. С другой стороны, качественный состав микрофлоры достаточно однороден и представлен такими родами, как Pseudomonas, Rhodococcus, Micrococcus и рядом грамположительных палочковидных бактерий. При аварийных локальных разливах нефтепродуктов, например в местах под стыками нефтепроводов или узлам управления
задвижками, наблюдалось резкое снижение численности гетеротрофных микроорганизмов, однако на 4-5 сутки титр естественной микрофлоры повышается, что вероятно, связано с завершением периода адаптации почвенной микробиоты к изменившимся физико-химическим условиям среды.
Результаты микробиологических исследований показали, что основное количество гетеротрофной микрофлоры сосредоточено в горизонте почвы 0-10 см, что можно объяснить оптимальными условиями для жизнедеятельности данной группы микроорганизмов: доступ кислорода, достаточная влажность, газо-воздушный режим. По мере увеличения глубины отбора пробы титр гетеротрофных микроорганизмов снижается на 1-2 порядка. Кроме того, было выявлено, что распространение углеводородокисляющих микроорганизмов по почвенным горизонтам коррелирует с молекулярной массой загрязняющих нефтепродуктов. Установлено, что на участках, загрязненных тяжелыми фракциями нефтепродуктов как мазут в количестве 107100мг/кг почвы или нефть в количестве 44860мг/кг почвы, наибольшее количество данной группы микроорганизмов сосредоточено в горизонте 10-20см и 20-30см. На участках, загрязненных дизельным топливом, как содержание нефтепродукта, так и титр микроорганизмов 107 кл/г самое высокое в горизонте 0-10 см. Кроме того, высокий титр микроорганизмов 108 кл/г отмечен в пробах почв горизонта 0-10 см, загрязненных бензином марки АИ 92 в количестве 47650мг/кг почвы. Наибольшее количество микромицетов 105-106 кл/г выявлено на глубинах 10-20 и 20-30 см, где отмечается длительный период загрязнения почвы нефтепродуктами («историческое» загрязнение), на участках со «свежими» загрязнениями количество микромицетов не превышает 10-102 кл/г. Таксономический анализ определяет их принадлежность к рр. Penicillium, Aspergillus, Candida, Rhodotorula.
С другой стороны, юг Казахстана характеризуется высоким уровнем инсоляции и иногда экстремальными температурными характеристиками в летнее время (до +45+550С), что ограничивает распространение микроорганизмов в горизонте А (0-10 см) до 102-103 кл/г.
Таким образом, в результате проведенных исследований было установлено, что распространение гетеротрофных, углеводородокисляющих микроорганизмов и микромицетов по горизонтам суглинистых сероземных почв юга Казахстана неоднородно и зависит как от качественных характеристик загрязняющих нефтепродуктов, так и погодно-климатических условий.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
1. Li Y, Li C, Xin Y, Huang T, Liu J. Petroleum pollution affects soil chemistry and reshapes the diversity and networks of microbial communities. Ecotoxicol Environ Saf. 2022 Nov,246:114129. doi: 10.1016/j.ecoenv.2022.114129. Epub 2022 Sep 30. PMID: 36193589;
2. Mariya A. Pashkevich , & Marina V. Bykova (2022). Methodology for thermal desorption treatment of local soil pollution by oil products at the facilities of the mineral resource industry. Записки Горного института, 253 (eng) , 49-60;
3. Zhang Y, Sun X, Qian C, Li L, Shang X, Xiao X, Gao Y. Impact of Petroleum Contamination on the Structure of Saline Soil Bacterial Communities. Curr Microbiol.
2022 Oct 8,79(11):351. doi: 10.1007/s00284-022-03057-3. PMID: 3620927;
4. Chunyan X, Qaria MA, Qi X, Daochen Z. The role of microorganisms in petroleum degradation: Current development and prospects. Sci Total Environ. 2023 Mar 20,865:161112. doi: 10.1016/j.scitotenv.2022.161112. Epub 2022 Dec 28. PMID: 36586680;
5. Li YQ, Xin Y, Li C, Liu J, Huang T. Metagenomics-metabolomics analysis of microbial function and metabolism in petroleum-contaminated soil. Braz J Microbiol.
2023 Jun,54(2):935-947. doi: 10.1007/s42770-023-01000-7. Epub 2023 May 10. PMID: 37162704;
6. Почвы России и СССР. Ч.3.www.eсоsystеmа.ru;
7. https://sadovnikonline.ru/363-serozemy-html
Iskakov K.A., Berniyazov S., Karimova S.S., Isaeva A. U.
Iskakov K.A.
Akbastau ecology LLP (Almaty, Republic of Kazakhstan)
Berniyazov S.
Akbastau ecology LLP (Almaty, Republic of Kazakhstan)
Karimova S.S.
Shymkent University (Shymkent, Republic of Kazakhstan)
Isaeva A.U.
Shymkent University (Shymkent, Republic of Kazakhstan)
EFFECT OF OIL POLLUTION ON MICROFLORA OF LOAMY GRAY SOILS IN SOUTH OF KAZAKHSTAN
Abstract: oil pollution of the soil affects changes in the structure of soil microbiocenosis, while the dependence between the quantitative and qualitative characteristics of petroleum products and the patterns of distribution of heterotrophic, hydrocarbon-oxidizing microorganisms and micromycetes along soil horizons has been established. In the conditions of southern Kazakhstan, high temperatures and intense insolation in the summer are limiting factors for the development of microflora in the upper layers of the soil.
Keywords: oil pollution, soil microflora, titer of microorganisms, insolation.
