АГРОХИМИЯ, 2007, № 12, с. 44-48
Экотоксикология =
УДК 631.46:632.1222
ИЗМЕНЕНИЕ КОМПЛЕКСА ПОЧВЕННЫХ МИКРООРГАНИЗМОВ ПРИ ЗАГРЯЗНЕНИИ ЧЕРНОЗЕМА ОБЫКНОВЕННОГО НЕФТЬЮ И НЕФТЕПРОДУКТАМИ*
© 2007 г. С. И. Колесников, К. Ш. Казеев, Н. В. Велигонова, Е. В. Патрушева,
Д. К. Азнаурьян, В. Ф. Вальков
Южный федеральный университет 344006 Ростов-на-Дону, Большая Садовая, 105, биолого-почвенный факультет, кафедра экологии и природопользования, Россия E-mail: sk@bio.rsu.ru Поступила в редакцию 23.03.2007 г.
Последствия загрязнения почвы нефтью и бензином зависят от природы вещества, его концентрации и распределения в почве. Под влиянием загрязнения происходит существенная перестройка комплекса почвенных микроорганизмов, изменение структуры доминирования. При этом наблюдается снижение разнообразия микроскопических грибов и рост разнообразия бактерий. Численность микрофлоры, как правило, увеличивается. По степени увеличения своей численности при загрязнении чернозема нефтью и бензином основные группы микроорганизмов образуют следующий ряд: актиномицеты > аммонифицирующие бактерии > спорообразующие бактерии > грибы.
ВВЕДЕНИЕ
Исследования влияния загрязнения нефтью и нефтепродуктами на микробную систему почв зафиксировали изменение численности и состава почвенных микроорганизмов. Отмечено увеличение численности аммонифицирующих [1, 2], азот-фиксирующих [1], денитрифицирующих [1], суль-фатредуцирующих бактерий [3, 4], микромицетов [2, 5], дрожжей [1] и уменьшение численности нитрифицирующих бактерий [1] и актиномицетов [2].
При поступлении в почву нефти и нефтепродуктов в процесс их трансформации включаются микроорганизмы, которые должны привести систему почвы в состояние равновесия [6]. Изменения, происходящие с микрофлорой почвы, можно использовать в биомониторинге и биоиндикации нефтяного загрязнения.
Цель настоящей работы - исследовать влияние загрязнения нефтью и нефтепродуктами на численность и качественный состав микрофлоры чернозема обыкновенного южно-европейской фации. Исследование последствий нефтяного загрязнения черноземов южно-европейской фации проведено впервые.
* Исследование выполнено при финансовой поддержке Федерального агентства по науке и инновациям (гранты Президента РФ для молодых докторов наук МД-3944.2005.04 и МД-3155.2007.4) и РФФИ (гранты < 07-04-00690-а и < 07-04-10132-к).
МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ
В качестве объекта исследования был использован чернозем обыкновенный южно-европейской фации карбонатный среднемощный малогумусный тяжелосуглинистый на желто-бурых лессовидных суглинках. Эта почва отличается высокой биоген-ностью и биологической активностью [7]. Отбор почвы для модельных опытов производили на территории опытно-полевого хозяйства ДонГАУ, пос. Персиановский, Ростовская обл. Почва для модельных экспериментов была отобрана из пахотного горизонта.
В модельных экспериментах было исследовано загрязнение почвы нефтью и бензином. Изучали действие разных концентраций загрязняющих веществ: 1, 5 и 10% от массы почвы в вегетационных сосудах при температуре 20°С и влажности почвы 60% от полной влагоемкости. Исследовали как поверхностное загрязнение, имитирующее разливы при авариях, так и равномерное загрязнение нефтью и нефтепродуктами всего объема почвы, имитирующее один из распространенных способов борьбы с разливами нефти - запахивание. Влияние нефти и нефтепродуктов на микрофлору чернозема обыкновенного исследовали на 3-и сут от момента загрязнения. Для оценки достоверности полученных данных применили дисперсионный анализ с последующим определением наименьшей существенной разности.
Лабораторно-аналитические исследования проведены с использованием общепринятых в почвенной микробиологии методов [8, 9]. На МПА (мя-
Таблица 1. Влияние загрязнения нефтью и нефтепродуктами на численность основных групп микроорганизмов в черноземе обыкновенном (третьи сут после загрязнения)
Загрязняющее Концентрация Аммонифицирующие бактерии Спорообразую-щие бактерии Актиномицеты Грибы АюЮ-ЬаШг
вещество в почве, % млн./г % млн./г % млн./г % тыс./г % % обрастания
Без загрязнения (контроль) 0 1.95 100 1.07 100 0.47 100 31.7 100 100
Нефть 1 6.38 327 1.90 177 6.87 1476 44.0 139 100
5 6.92 355 1.65 154 4.57 981 37.7 119 100
10 3.72 191 0.96 89 3.52 757 40.3 127 100
НСР05 0.57 29 0.17 16 0.46 99 4.6 15 -
Нефть* 1 6.74 345 1.00 93 5.10 1100 42.3 134 100
5 6.16 316 0.98 91 4.21 910 34.3 108 100
10 10.99 564 1.96 182 9.49 2040 54.0 171 98
НСР05 0.78 40 0.15 14 0.58 120 4.9 15 5
Бензин 1 5.54 284 1.44 134 2.08 448 72.7 229 80
5 4.08 209 Не определяли 0.71 152 62.0 196 Не опре-
деляли
10 2.74 140 1.21 113 Не определяли 10.3 33 56
НСР05 0.43 22 0.15 14 0.13 28 5.3 17 11
* Загрязняющее вещество (нефть) вносили в почву поверхностно (поливом); в остальных вариантах загрязняющие вещества вносили глубинно (равномерно смешивали с почвой). То же в табл. 2-5.
со-пептонный агар) выделяли аммонифицирующие бактерии, использующие органический азот, на КАА (крахмало-аммиачный агар) - актиноми-цеты. Численность спорообразующих бактерий учитывали на МПА из предварительно пастеризованной суспензии. Численность грибов учитывали на кислой среде Чапека. Использовали свежие образцы почв. Посев проводили глубинно. Все данные представлены в пересчете на массу абсолютно сухой почвы. Бактерии рода Azotobacter учитывали методом комочков обрастания на среде Эшби. Повторность анализов 9-кратная.
Идентификацию микроорганизмов проводили с использованием стандартных методик и определителей [10-12].
РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
Результаты влияния нефти и нефтепродуктов на численность основных групп микроорганизмов и качественный состав микрофлоры чернозема обыкновенного представлены в табл. 1-5.
В загрязненных вариантах общая численность аммонифицирующих бактерий возрастала в 2-3 и даже более 5 раз (табл. 1). Численность спорообразующих бактерий увеличивалась в меньшей степени - не более чем в 2 раза. Численность ак-тиномицетов увеличилась от 1.5 до 20 раз. Численность микроскопических грибов только в одном варианте выросла более чем в 2 раза.
Основной причиной роста численности микроорганизмов при загрязнении почвы нефтью и нефтепродуктами является, по-видимому, поступление в почву дополнительного количества доступного микробам органического вещества. При этом чувствительные к нефти и нефтепродуктам микроорганизмы погибают, а устойчивые формы активно развиваются, давая скачек численности.
Кроме того, возможно проявление эффекта Арнд-Щульца, который заключается в том, что токсические соединения, содержащиеся в нефти и нефтепродуктах, аккумулируясь на поверхности клетки в нелетальных концентрациях, изменяют проницаемость мембраны, нарушают ее барьерные функции, что определяет свободное поступление пищи в клетку и соответственно усиление метаболизма [13].
Снижение численности микроорганизмов, вероятно, обусловлено наличием в составе загрязняющих веществ толуола, бензола, ксилола, нафталина, тяжелых металлов и ряда других токсичных для микроорганизмов соединений.
Численность аммонифицирующих бактерий выросла в большей степени, чем микромицетов, но в меньшей степени, чем актиномицетов. Бактерии рода Azotobacter оказались нечувствительными к загрязнению почв нефтью, но восприимчивыми к внесению бензина. При внесении бензина их численность резко снижалась.
Таблица 2. Доминирующие в черноземе обыкновенном бактерии при загрязнении нефтью и нефтепродуктами на третьи сут после загрязнения
Загрязняющее вещество Концентрация в почве, % Количество морфотипов Доминирующая культура, %
Без загрязнения (контроль) 0 2 Bacillus megaterium 55
Нефть 1 6 Bac. megaterium 17
5 6 Bac. pumilis 23, Bac. megaterium 14
10 8 Доминирования нет, меланоиды
Нефть* 1 13 Bac. cereus 56, меланоиды
5 9 Доминирования нет
10 7 Доминирования нет
Бензин 1 8 Bac. megaterium 48
5 4 Bac. megaterium 52, меланоиды
10 9 Доминирования нет, меланоиды
Таблица 3. Доминирующие в черноземе обыкновенном спорообразующие бактерии при загрязнении нефтью и нефтепродуктами на третьи сут после загрязнения
Загрязняющее вещество Концентрация в почве, % Количество морфотипов Доминирующая культура, %
Без загрязнения (контроль) 0 3 Bacillus megaterium 39
Нефть 1 6 Bac. cereus 38, Bac. subtilis 18, Bac. pumilis 16
5 4 Bac. megaterium 37
10 5 Bac. megaterium 37, Bac. subtilis 14
Нефть* 1 4 Bac. megaterium 54
5 7 Bac. megaterium 33
10 6 Bac. megaterium 30, Bac. pumilis 17
Бензин 1 4 Bac. megaterium 42
5 4 Bac. subtilis 50
10 5 Bac. cereus 31
Таблица 4. Преобладающие в черноземе обыкновенном секции и серии актиномицетов при загрязнении нефтью и нефтепродуктами на третьи сут после загрязнения
Загрязняющее вещество Концентрация в почве, % Род и секция Серия
Без загрязнения (контроль) 0 Streptomyces Albus Albus, Albocoloratus
Нефть 1 Streptomyces Albus Albus, Albocoloratus
5 Str. Albus Albus
Нефть* 1 Str. Albus Albus, Albocoloratus
5 Str. Albus Albus, Albocoloratus
Str. Cinereus Chromogenes
10 Str. Roseus Ruber
Str. Helvoloflavus Helvolus
Бензин 1 Str. Albus Albus, Albocoloratus
Прямой зависимости между дозой загрязняющего вещества и численностью исследованных групп микробов не установлено.
Загрязнение нефтью оказало несколько большее стимулирующее действие на численность бак-
терий и актиномицетов, чем бензин. Численность грибов, наоборот, в большей степени выросла при загрязнении бензином, чем нефтью (табл. 1).
При загрязнении чернозема обыкновенного нефтью и бензином происходит изменение не толь-
Таблица 5. Доминирующие в черноземе обыкновенном микромицеты при загрязнении нефтью и нефтепродуктами на третьи сут после загрязнения
Загрязняющее Концентрация Общее количество Доминирующий Количество
вещество в почве, % морфотипов род морфотипов рода
Без загрязнения 0 14 Penicillum 4
(контроль) Aspergillus 2
Tilachlidium 2
Acremonium 2
Cladosporium 1
Monilia 1
Halolyssus 1
Cephalosporium 1
Нефть* 1 5 Penicillum 1
Aspergillus 1
Trichoderma 1
Acremonium 1
Cladosporium 1
5 9 Til
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.