АГРОХИМИЯ, 2013, № 4, с. 76-80
Экотоксикология
УДК 632.125:631.878:631.42 7
РЕКУЛЬТИВАЦИЯ НАРУШЕННЫХ ТУНДРОВЫХ ПОЧВ ТАЗОВСКОГО ПОЛУОСТРОВА С ПОМОЩЬЮ ТОРФА: ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ ПОСРЕДСТВОМ АНАЛИЗА АКТИВНОСТИ ФЕРМЕНТОВ
© 2013 г. Р.В. Галиулин1, В.Н. Башкин1-3, Р.А. Галиулина1, И.В. Припутина3, А.К. Арабский4
1Институт фундаментальных проблем биологии РАН 142290 Пущино Московской обл., ул. Институтская, 2, Россия 2ООО "Газпром ВНИИГАЗ" 142717 пос. Развилка Московской обл., Россия 3Институт физико-химических и биологических проблем почвоведения РАН 142290 Пущино Московской обл., ул. Институтская, 2, Россия
4ООО "Газпром добыча Ямбург" 629300 Новый Уренгой. Ямало-Ненецкий автономный округ, ул. Геологоразведчиков, 9, Россия E-mail: galiulin-rauf@rambler.ru
Поступила в редакцию 13.08.2012 г.
В модельных условиях исследовали эффективность рекультивации с помощью торфа нарушенных тундровых почв Тазовского полуострова (Ямало-Ненецкий автономный округ) в районе производственной деятельности ООО "Газпром добыча Ямбург". Регенерацию растительного покрова как самовосстановления нарушенной почвы диагностировали как повышение активности каталазы, эффективность рекультивации нарушенных почв с помощью торфа - как повышение активности дегидрогеназы.
Ключевые слова: тундровые почвы, самовосстановление почвы, растительный покров, рекультивация, торф, ферменты.
ВВЕДЕНИЕ
Тазовский полуостров находится на севере Западно-Сибирской равнины в Ямало-Ненецком автономном округе между Обской губой (морским заливом) на западе и Тазовской губой на востоке (рисунок). Поверхность полуострова равнинная, покрыта многочисленными озерами и болотами, слабо наклонена на востоке к Тазов-ской губе и падает крупными обрывами на западе к Обской губе. Растительность - мохово-лишай-никовая и кустарниковая тундра. Известно, что в течение столетий местное население использует тундру для пастбищного оленеводства [1]. Практически вся площадь тундры представляет собой оленьи пастбища, охватывающие большой диапазон растительных ассоциаций - мохово-лишайниковых, луговых, болотных, кустарниковых и других. Идеальными условиями для выпаса оленей обладает Тазовский полуостров с характерными лишайниковыми угодьями. Также
он располагает уникальными месторождениями природного газа, на которых дочерняя компания ОАО "Газпром" - ООО "Газпром добыча Ямбург" проводит геологоразведочные работы, обустройство и разработку новых месторождений, осуществляет добычу газа и газового конденсата и их подготовку к транспорту [2]. В процессе подобного рода производственной деятельности происходит механическое воздействие на почвенно-растительный покров при проезде техники, связанной с осуществлением разведки, бурением скважин и обустройством промыслов. В результате тундровые почвы частично или полностью лишаются растительного покрова и органогенного слоя, при этом минеральные горизонты выходят на дневную поверхность, и изменяется криогенная обстановка [3-5]. Вместе с тем почва обладает самовосстановлением, обусловленным регенерацией растительного покрова. На дренированных участках, не затронутых необратимыми криогенными процессами
РЕКУЛЬТИВАЦИЯ НАРУШЕННЫХ ТУНДРОВЫХ ПОЧВ.
77
Карта-схема территории отбора образцов почв и торфа: 1 -полуостров Ямал, 2 - Тазовский полуостров, 3 - Гыданский полуостров, 4 - междуречье рек Пур и Таз, а - реки, б - озера, в - болота, г - район отбора образцов почв и торфа.
(термоэрозией, солифлюкцией, термокарстом и др.) начальный период самовосстановления почв характеризуется заселением различными видами травяно-злаковой ассоциации, не характерными для естественных сообществ. При высокой продуктивности заселяемых видов, большом количестве растительного опада и бурном развитии дернового процесса происходит интенсивное накопление гумуса в верхних горизонтах почв. Завершающий период регенерации растительного покрова характеризуется вытеснением видов травяно-злаковой ассоциации коренными для этой зоны тундры растениями, в частности мхами и лишайниками.
ООО "Газпром добыча Ямбург", следуя принципам триединой концепции устойчивого развития (sustainable development), во всех аспектах своей производственной деятельности руководствуется соблюдением баланса между экономическими, социальными и экологическими ее составляющими [2]. Одним из основополагающих принципов экологической политики ООО "Газпром добыча Ямбург" является минимизация негативного воздействия и сохранение окружающей среды в зонах размещения его производственных объектов, что реализуется, в частности, в рекультивации нарушенных тундровых почв. Например, на почвах лишенных органогенного слоя создается плодородный слой (толщиной 5-6 см) путем покрытия смесью торфа и песка в соотношении 1:4 [5]. Однако в условиях сурового климата тундры об эффективности рекультивации почв подобным способом можно будет судить по факту регенерации на них растительного покрова спустя десятки лет после начала этого мероприятия [3, 4]. Поэтому важна экспрессная оценка эффективности
рекультивации нарушенных почв путем проведения предварительных лабораторных опытов в контролируемых гидротермических условиях с использованием ключевых показателей процесса формирования почвенного плодородия. К числу таких показателей можно отнести ферментативную активность почв, широко применяемую при характеристике почвенных типов, оценке плодородия, окультуренности почв, эффективности тех или иных агротехнических приемов и т.д. [6].
Цель работы - оценка эффективности рекультивации нарушенных тундровых почв Тазовского полуострова с помощью торфа посредством анализа активности их ферментов.
МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ
Усредненные образцы из слоя 0-6 см двух нарушенных тундровых почв, представляющих собой по гранулометрическому составу связный песок, были отобраны на участках в районе расположения установок комплексной подготовки газа, обеспечивающих сбор и обработку природного газа и газового конденсата в соответствии с требованиями отраслевых и государственных стандартов [7]. На одном участке растительный покров отсутствовал, на другом - отметили регенерацию растительного покрова в виде отдельных представителей травяно-злаковой ассоциации и мхов. Содержание Сорг в почве без растительного покрова было равно 0.2%, с растительным покровом - 0.9%. В опытах для рекультивации нарушенных почв применяли торф (зольность 54%), добавляемый в почву в соотношении 1:4. В качестве эталона использовали слой 0-10 см торфяно-глеезема типичного тундрового (зольность 39%) [8]. Краткая физико-химическая характеристика исследованных образцов почв и торфа приведена в табл. 1.
Для оценки эффективности рекультивации нарушенных почв образцы массой 50 г без добавления и с добавлением торфа, увлажненные до 70% ПВ, инкубировали в чашках Петри в термостате при температуре 30°С. В динамике на 5, 10, 20 и 30 сут анализировали активность каталазы и де-гидрогеназы образцов различных вариантов опыта газометрическим и фотоколориметрическим методами, описанными в работе [6].
Статистическую обработку результатов анализа осуществляли при общепринятом для геоэкологических исследований доверительном интервале для средних величин показателей различных вариантов опыта, рассчитанном при уровне значимости Р1 = 0.05.
Таблица 1. Физико-химическая характеристика образцов почв и торфа
Образец (плотность или объемная масса), г/см3 Капиллярная влагоемкость, % Полная влагоемкость, % рНн2О
Торфяно-глеезем типичный 0.39 216 315 5.1
тундровый Торф 0.40 216 420 5.4
Нарушенная почва без расти- 1.71 25 32 5.9
тельного покрова То же + торф, 4:1 1.04 66 80 5.1
Нарушенная почва с расти- 1.54 37 43 5.1
тельным покровом То же + торф, 4:1 0.89 78 102 5.3
Таблица 2. Динамика активности ферментов нарушенных почв при их рекультивации с помощью торфа
Образец
Активность каталазы/дегидрогеназы, % от активности торфяно-глеезема типичного тундрового
сутки
5 10 20 30
Торф 43.8 / 128.5 40/100 53.8 / 96.7 63.6 / 101.2
Нарушенная почва без расти- 25.0 / 9.2 20.0 / 6.7 23.1 / 7.6 27.3 / 5.9
тельного покрова
То же + торф, 4:1 25.0 / 32.6 20.0 / 23.9 23.1 / 19.0 27.3 / 23.7
Нарушенная почва с расти- 75.0 / 18.6 73.3 / 13.6 61.5 / 15.1 72.7 / 11.9
тельным покровом
То же + торф, 4:1 37.5 / 70.5 40.0 / 58.6 61.5 / 59.9 54.5 / 41.0
РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
Известно, что из исследованных ферментов ка-талаза инициирует реакцию разложения перокси-да водорода на воду и кислород, образующегося в процессе дыхания организмов и в результате различных биохимических реакций окисления органических веществ [6]. Активность каталазы почв принято рассматривать не только как показатель функциональной активности микрофлоры, но и сохранности ферментов в постмортальном растительном материале [9]. Что касается де-гидрогеназы, то ее роль заключается в катализе реакции дегидрирования (отщеплении водорода) органических веществ (углеводов, спиртов, органических кислот и др.), поступающих с растительными остатками. Регрессионный анализ выявил высокую положительную сопряженность (г2 = 0.90-098) активности каталазы и дегидро-геназы по типу линейной функции, что заключается в передаче отщепляемого дегидрогеназой водорода кислороду воздуха с образованием воды и (или) пероксида водорода, последующее разложение которого осуществляет каталаза [9].
Показано, что наиболее близкой к активности каталазы торфяно-глеезема типичного тундрового, принятой за 100%, была соответствующая активность каталазы нарушенной почвы с растительным покровом, которая за период наблюдения составила 62-75%, что было больше активности торфа, используемого для рекультивации почв (табл. 2). Это позволило сделать вывод о вкладе растений в биохимическую активность почвы через постмортальный растительный материал, благодаря сохраняющимся в нем ферментам. Регенерацию растительного покрова как самовосстановления нарушенной почвы диагностировали путем повышения активности каталазы. Однако добавление торфа как рекультивирующего средства не повысило активность каталазы нарушенной почвы без растительного покрова, а в нарушенной почве с растительны
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.