Содержание к диссертации
Введение 6
ГЛАВА 1. БИОЛОГИЧЕСКАЯ АКТИВНОСТЬ НЕФТЕЗАГРЯЗНЕННЫХ ПОЧВ И ВОПРОСЫ ИХ РЕКУЛЬТИВАЦИИ (ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ) {{
1.1. Влияние нефтяного загрязнения на компоненты почвенной экосистемы 11
1.2. Биодеградация нефти и нефтепродуктов микроорганизмами почвы 15
1.3. Рекультивация нефтезагрязненных почв 23
1.4. Биопрепараты на основе углеводородокисляющих микроорганизмов для рекультивации нефтезагрязненных почв 31
1.5. Биодиагностика нефтезагрязненных и рекультивируемых почв 38
ГЛАВА 2. ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ 42
2.1. Природные условия 42
2.2.Условия проведения опытов 42
2.3. Методы исследований 49
2.3.1. Методы определения активности ферментов 50
2.3.2. Методика определения фитотоксичности нефтезагрязненных почв
2.3.3. Методика определения зоотоксичности нефтезагрязненных почв 51
2.3.4. Посев, выращивание и учет физиологических групп микроорганизмов на питательных средах 52
2.3.5. Описание структуры комплекса почвенных микроскопических грибов 53
2.3.6. Методика определения токсичности почв с использованием азотобактера 53
2.3.7. Статистическая обработка экспериментальных данных 54
ГЛАВА 3. ВЛИЯНИЕ ЗАГРЯЗНЕНИЯ НЕФТЬЮ И НЕФТЕПРОДУКТАМИ НА ПОКАЗАТЕЛИ БИОЛОГИЧЕСКОЙ АКТИВНОСТИ ПОЧВ. ПОДБОР БИОДИАГНОСТИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ 55
3.1,Активность ферментов в почвах, загрязненных нефтью и нефтепро дуктами 55
3.1.1. Влияние загрязнения почв нефтяными углеводородами на активность уреазы 56
3.1.2. Влияние загрязнения почв нефтяными углеводородами на активность протеазы
3.1.3. Влияние нефти и нефтепродуктов на активность липазы 60
3.2. Численность углеводородокисляющих микроорганизмов и содержание остаточных нефтепродуктов в почве
3.3. Влияние загрязнения почвы нефтыо на выживаемость азотобактера 68
3.4. Влияние загрязнения почвы на численность и видовое разнообразие микромицетов
3.5. Воздействие загрязнения почв нефтыо на выживаемость коллембол 72
3.6. Влияние загрязнения почв нефтью и нефтепродуктами на рост и развитие проростков растений (фитотоксичность почвы) 75
ГЛАВА 4. ИЗМЕНЕНИЕ ПОКАЗАТЕЛЕЙ БИОЛОГИЧЕСКОЙ АКТИВНОСТИ НЕФТЕЗАГРЯЗНЕННЫХ ПОЧВ ПРИ РЕКУЛЬТИВАЦИИ ол
4.1. Влияние бакпрепарата Бациспецин на показатели активности нефтезагрязненных почв 80
4.1.1.Влияние Бациспецина на численность углеводородокисляющих микроорганизмов и содержание остаточных нефтепродуктов 80
4.1.2. Активность ферментов при обработке нефтезагрязненных почв Бациспецином 83
4.1.2.1. Активность уреазы 83
4.1.2.2. Активность липазы 84
4.1.3. Влияние Бациспецина на численность и видовую структуру комплексов микромицетов нефтезагрязненных почв 86
4.1.4. Снижение фитотоксичности при обработке нефтезагрязненных почв Бациспецином 90
4.1.5. Снижение зоотоксичности при обработке Бациспецином почв, загрязненных нефтью 92
4.2. Влияние фитомелиоранта люцерны на показатели биологической активности нефтезагрязненных почв 93
4.2.1. Рост и развитие люцерны посевной на почвах загрязненных нефтью 94
4.2.2. Влияние посевов люцерны на численность микроорганизмов в нефтезагрязненных почвах. Содержание остаточных углеводородов 95
4.2.3. Влияние фитомелиоранта люцерны на активность липазы в нефтезагрязненной почве 99
4.2.4. Влияние посевов люцерны на фитотоксичность нефтезагрязненных почв 100
4.2.5. Влияние посевов люцерны на зоотоксичность нефтезагрязненных почв 101
4.3. Влияние комплексной биоремедиации на биодиагностические показатели нефтезагрязненной почвы 103
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 111
ВЫВОДЫ 115
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 116
Введение к работе
Актуальность проблемы. Загрязнение почв нефтью в процессе ее добычи, транспортировки и хранения остается по-прежнему острой проблемой. Комплексная оценка состояния таких почв и способы восстановления их биологических свойств являются актуальными проблемами современной науки
В настоящее время основой мониторинга ядовитых веществ в окружающей среде являются их предельно допустимые концентрации (ПДК) в воде, воздухе, почве и продуктах питания. Однако следует отметить, что превышение ПДК химических веществ в исследуемых субстратах служит лишь косвенным показателем их токсичности. Не всегда удается установить прямую зависимость между содержанием загрязнителя в среде и ее пригодностью для обитания живых организмов. Почва может быть сильнозагрязнен-ной, но нетоксичной или слаботоксичной и, наоборот, слабозагрязненной, но сильнотоксичной. Токсичное действие одних компонентов может быть нейтрализовано или усилено присутствием других, поэтому токсичность почвы не определяется токсичностью отдельных соединений, содержащихся в ней. Необходимо оценивать интегральную токсичность почвы, отражающую влияние всего комплекса загрязнителей.
Наиболее целесообразным методом определения интегральной токсичности почвы является биотестирование. Показателем степени токсичности при биотестировании служит изменение выбранной тест-функции биоиндикаторного организма при его взаимодействии с пробой среды. Успешное применение биотестирования для диагностики состояния экосистем во многом зависит от правильного подбора тест-объектов.
В федеральном реестре методик для экологических служб предлагаются тест-системы, основанные на применении организмов из разных систематических групп, но представляющие гидробионты (Терехова и др., 2005). Однако полученные данные показали ограниченность гидробионтных тестов при анализе почвенных образцов (Бурдина, Терехова, 2005), что свидетельст вует о необходимости разработки и использовании для оценки почв методов с использованием педобионтов.
В качестве биоиндикаторов могут быть использованы организмы практически всех таксономических групп: животные, растения, грибы, микроорганизмы. Уровень организации тестируемой биологической системы может варьировать от доклеточного (макромолекулы) до надорганизменного (сообщества). Большинство исследователей полагает, что применение единственного биологического параметра для целей биотестирования ненадежно из-за разнообразных механизмов отклика тест-организма на различные антропогенные загрязнения (Воробейчик и др., 1994; Андреюк и др., 1997; Ка-биров и др., 1997; Селивановская, Латыпова, 1999; Терехова и др., 2005). Полный анализ интегральной токсичности достигается при применении набора биотестов с использованием различных тест-организмов при контроле их биологических параметров. Наиболее информативный методологический подход при биологической оценке экологического состояния почв - комплексное биотестирование, заключающееся в использовании биологических тест-объектов из разных систематических групп с различным уровнем организации (Капелькина и др., 2004)
Подобрать единый универсальный набор биотестов для всех случаев определения токсичности почвы практически невозможно. Причина заключается в объективной необходимости использования различных организмов в зависимости от химической природы загрязнителя и целевых установок каждого конкретного исследования.
Таким образом, разработка тестов для комплексной оценки состояния почв, загрязненных нефтью и рекультивируемых почв, еще требуют дальнейшего изучения.
Цель работы. Изучить изменение биологической активности и токсичности почв при загрязнении нефтью, отдельными нефтепродуктами и в процессе биоремедиации.
Задачи исследования:
1. Изучить влияние нефти и отдельных нефтепродуктов на биологическую активность и токсичность серой лесной почвы и чернозема выщелоченного.
2. Изучить изменение биологической активности и токсичности нефтезагряз-ненных почв при внесении биопрепарата Бациспецин.
3. Изучить влияние люцерны, используемой в качестве фитомелиоранта неф-тезагрязненных почв на биологическую активность и токсичность.
4. Выявить показатели, для использования в комплексной оценке состояния нефтезагрязненных и рекультивируемых почв.
Научная новизна. Впервые в условиях Башкортостана было рассмотрено влияние загрязнения почвы нефтью и нефтепродуктами на комплекс показателей биологической активности почвы разного уровня организации (активность ферментов, фито- и зоотоксичность, численность микроорганизмов и видовая структура комплекса микромицетов). Впервые в регионе исследована активность почвенной липазы и показана корреляционная зависимость между содержанием нефти в почве и ростом ее активности. Было изучено влияние отдельных нефтепродуктов на активность липазы. Предложено ее использование в качестве показателя биодеструкции нефти в нефтезагрязненных и рекультивируемых почвах. Внесенные дополнения и модифицика-ция методики определения липазной активности почв позволили более объективно определить ее активность. Изучены свойства люцерны, как фитомелиоранта и выявлена эффективность ее использования при концентрациях загрязнения до 5% от массы почвы.
Основные положения, выносимые на защиту 1. Нефтяное загрязнение повышает активность уреазы, липазы, вызывает рост численности углеводородокисляющих микроорганизмов и микромицетов, увеличивает фито- и зоотоксичность в серой лесной почве и черноземе выщелоченном.
2. Отдельные нефтепродукты неоднозначно влияют на активность уреазы, липазы и обладают разной фитотоксичностью в серой лесной почве и черноземе выщелоченном.
3. При внесении биопрепарата Бациспецин и применении люцерны в качестве фитомелиоранта снижается зоо- и фитотоксичность, повышается ли- пазная активность, численность углеводородокисляющих микроорганизмов, уменьшается активность уреазы в нефтезагрязненных серой лесной почве и черноземе выщелоченном.
4. Активность липазы, уреазы, рост численности углеводородокисляющих микроорганизмов и микромицетов, фитотоксичность, выживаемость коллембол, можно использовать при комплексной оценке состояния нефтезагрязненных и рекультивируемых почв.
Практическая значимость. Подобранные тест-объекты могут быть использованы для диагностики и мониторинга почв при их загрязнении. Дополнения, внесенные в методику определения липазы, позволяют более объективно оценить уровень активности этого фермента в загрязненной почве и использовать его для мониторинга токсичности при биологической рекультивации. Результаты исследований были применены при разработке технологии биорекультивации загрязненного участка на территории ОАО «Уфаорг-синтез» (акт о внедрении прилагается).
Апробация работы Основные положения и результаты диссертационной работы доложены на международных конгрессах и симпозиумах "Petroleum Contaminated Soils, Sediments and Water. Analysis, Assessment and Remediation" (London, 2001), «Contaminated Soils, Sediments and Water» (Amherst, 2001), на 10м Европейском микробиологическом конгрессе (Ljubljana, 2003), "Современные проблемы биоиндикации и биомониторинга" (Сыктывкар, 2001), «Почва - как связующее звено функционирования природных и антропогенно-преобразованных экосистем» (Иркутск, 2001), «Освоение Севера и проблемы природовосстановления» (Сыктывкар, 2001), «Видновления порушенных природных екосистем» (Донецк, 2002), "Биогеография почв" (Сыктывкар, 2002), на всероссийских конференциях "Растение, микроорганизмы и среда" (Санкт-Петербург, 2000), "Актуальные проблемы биологии и экологии " (Сыктывкар, 2000, 2002, 2004), "Ломоносов - 2002" (Москва, 2002), "Биология - наука XXI века" (Пущино, 2002, 2003), VI Докучаевских молодежных чтениях (Санкт-Петербург, 1999,2001, 2003, 2004), «Роль науки и образования на пороге третьего тысячелетия» (Москва, 2000), «Актуальные экологические проблемы республики Татарстан» (Казань, 2003), «Молодые ученые Волго-Уральского региона на рубеже веков» (Уфа, 2001), «Актуальные проблемы экологии и охраны окружающей среды» (Уфа, 2004).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 30 печатных работ, в том числе 8 статей в реферируемых журналах.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения, выводов, списка литературы, включающего 234 источника, в том числе 157 на иностранных языках. Текст изложен на 140 страницах, иллюстрирован 22 рисунками и 28 таблицами.
Благодарности. Автор выражает глубокую благодарность за неоценимую помощь и поддержку при выполнении работы научным руководителям д.б.н. профессору Киреевой Н.А., и к.б.н. доценту Новоселовой Е.И., к.б.н. доценту Ханисламовой Г.М., к.б.н. ст. преподавателю Бакаевой М.Д., всем коллегам и соавторам научных публикаций.
