научная статья по теме ИЗМЕНЕНИЕ КОМПЛЕКСА ПОЧВЕННЫХ МИКРООРГАНИЗМОВ ПРИ ЗАГРЯЗНЕНИИ ЧЕРНОЗЕМА ОБЫКНОВЕННОГО НЕФТЬЮ И НЕФТЕПРОДУКТАМИ Сельское и лесное хозяйство

Текст научной статьи на тему «ИЗМЕНЕНИЕ КОМПЛЕКСА ПОЧВЕННЫХ МИКРООРГАНИЗМОВ ПРИ ЗАГРЯЗНЕНИИ ЧЕРНОЗЕМА ОБЫКНОВЕННОГО НЕФТЬЮ И НЕФТЕПРОДУКТАМИ»

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.

Показать целиком