Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Формирование магнитных оксидов железа в почвах при подземном хранении природного газа

ВАК РФ 03.00.27, Почвоведение

Автореферат диссертации по теме "Формирование магнитных оксидов железа в почвах при подземном хранении природного газа"



^ На правах рукописи

г-

Пронина Виктория Владимировна

ФОРМИРОВАНИЕ МАГНИТНЫХ ОКСИДОВ ЖЕЛЕЗА В ПОЧВАХ ПРИ ПОДЗЕМНОМ ХРАНЕНИИ ПРИРОДНОГО ГАЗА

Специальность 03 00 27 - «Почвоведение»

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

□□ЗОВВ2ВВ

Москва - 2007

003066266

Работа выполнена на кафедре географии почв факультете почвоведения Московского государственного университета имени М В Ломоносова

Научный руководитель: кандидат биологических наук

доцент Можарова Н.В.

Официальные оппоненты: доктор биологических наук

профессор Карпачевский JI.O.

доктор биологических наук профессор Иванов И.В.

Ведущее учреждение Почвенный институт им. В.В.Докучаева

Защита состоится « 16 » октября 2007 г в 15 часов 30 мин в аудитории М-2 на заседании Диссертационного совета К 501 001 04 в МГУ имени M В Ломоносова на факультете почвоведения по адресу 119991, Москва, ГСП-1, Ленинские горы, МГУ имени M В Ломоносова, факультет почвоведения, д 1, стр 12 Тел/факс (495)939-28-63

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке факультета почвоведения МГУ имени M В Ломоносова

Приглашаем Вас принять участие в обсуждении диссертации на заседании диссертационного совета и присылать отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью по указанному адресу секретарю диссертационного совета

Автореферат разослан «'"» 2007г

Ученый секретарь Диссертационного совета, кандидат биологических наук

Л Г Богатырев

Актуальность проблемы. Быстрые темпы развития топливно-энергетического комплекса ведут к увеличению масштабов воздействия предприятий добычи, транспортировки и хранения природного газа на окружающую среду Оценка влияния метана - основного компонента природного газа на окружающую среду, в том числе, на почвенный покров, требует устойчивых критериев мониторинга газоносных территорий В настоящее время в качестве диагностических признаков таких территорий выступают лабильные, сильно варьирующие параметры функционирования почв, зависящие от гидротермических и технологических условий и являющиеся результатом цикличных и обратимых процессов (Можарова и др , 2005) Газовые, жидкие и биотические продукты функционирования быстро обновляются и не могут накапливаться в почве в значащих количествах Поэтому актуальной задачей дальнейших исследований является поиск консервативных почвенных диагностических признаков газоносной территории Такими признаками будут только твердые продукты функционирования, образованные вследствие неполной замкнутости, необратимости многих почвенных процессов внутри почвенной системы (Таргульян, Соколова, 1996) Один из способов решения вопросов об их формировании - изучение явлений редукции Fe3+ до le2', варьирования Eh и формирования магнитных оксидов железа в почвах

Цель настоящей работы: выявить влияние метана - основного компонента природного газа на формирование магнитных оксидов железа в почвах над подземной искусственной газовой залежью

Задачи-.

1 Выявить магнитные характеристики (магнитную восприимчивость, магнитную фракцию и ее свойства) почв над подземным хранилищем природного газа и фоновой территории

2 Определить морфологическое строение, элементный состав и долевое участие основных структурных компонентов магнитной фракции почв с помощью электронной сканирующей и спектральной микроскопии

3 Выявить биомассу и видовой состав микроорганизмов иллювиальных горизонтов почв над подземным хранилищем природного газа и фоновой территории

4 Изучить взаимосвязи величины магнитной восприимчивости с биомассой и видовым составом микроорганизмов, содержанием органического вещества и Eh в почвах над подземным хранилищем природного газа и фоновой территории в нативных и лабораторных условиях Выявить механизмы формирования педогенных магнитных оксидов железа в почвах

Научная новизна. Впервые обнаружено формирование мелкодисперсных магнитных оксидов железа в иллювиальных горизонтах дерново-подзолистых почв над искусственной газовой залежью С помощью электронной сканирующей и спектральной микроскопии определены форма, размер и элементный состав педогенных магнитных оксидов железа в почвах Выявлены взаимосвязи изучаемого процесса с биомассой и видовым составом микроорганизмов

Практическая значимость. Почвенно-геохимические твердофазные консервативные характеристики могут быть использованы при поиске месторождений природного газа, оценке герметичности подземных газохранилищ

Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались и обсуждались на IX Международной конференции студентов и аспирантов по фундаментальным наукам «Ломоносов-2002» (Москва, 2002), Всероссийской конференции «VII Докучаевские молодежные чтения Человек и почва в XXI веке» (Санкт-Петербург, 2004), IV Всероссийском съезде Докучаевского общества почвоведов (Новосибирск, 2004), Международной научной конференции «Экология и биология почв» (Ростов-на-Дону, 2005), а также на заседаниях кафедры географии почв факультета почвоведения МГУ Публикации. По теме диссертации опубликовано 6 работ Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, выводов, списка литературы, включающего 157 отечественных и 43 зарубежных работ, и приложения Содержательная часть диссертации изложена на 122 страницах, иллюстрирована 26 рисунками, 10 таблицами

Благодарности. Выражаю глубокую признательность научному руководителю доценту Можаровой НВ , вед н с Иванову AB за ценные советы по научной работе Искренне благодарна чл -корр РАН Шобе С А за ценные консультации, профессору Боброву А А, н с Иноземцову CA за помощь в подготовке образцов и работе на электронном микроскопе, профессорам Верховцевой Н В и Осипову Г А за сотрудничество, обсуждения и советы по применяемым микробиологическим методам

Глава 1. Современное состояние проблемы. Литературный обзор

Впервые в 5 Ох гг прошлого века было сформулировано понятие газовой залежи как специфического фактора почвообразования (Ковда, Славин, 1953) В этих и более поздних работах отмечено образование в почвах и породах над газовой залежью газовых, бактериальных аномалий, снижение и широкое варьирование Eh, по сравнению с фоном (Сердобольский, 1953, Иванов, 1969, 1970, Малашенко и др, 1978, Можарова и др 2005)

В почвах и породах газо- и нефтеносных территорий отмечено значительное увеличение углеводородокисляющих микроорганизмов, представленных в основном родами Rhodococcus, Pseudomonas, Achromobacter, Micrococcus и Flavobactehum (Оборин и др , 2004), являющихся бактериальным фильтром Земли (Могилевский, 1953, 1970) и оказывающих существенное влияние на среду своего обитания Выделяются тепловые аномалии над контуром нефте- и газоносности, связанные с экзотермическим эффектом углеводородокисляющего фильтра (Малашенко и др, 1978, Прямые методы поисков нефти и газа, 1964) Имеются работы с обсуждением связи газовых залежей с изменением свойств пород В сводовой части нефтегазоносных структур наряду с перекристаллизацией, пиритизацией и др, наблюдается восстановление Fe3+ (Дорогокупец, Кондратьев, 198, Калачникова и др , 1997, Петухов и др, 1981, по Оборину и др, 2004) В терригенных формациях

гумидного климата в верхних частях поисково-геохимической зоны наблюдаются новообразования сульфидных и магнитных минералов, изменения магнитного поля и электропроводности пород, и возникновение геофизических аномалий над месторождениями (Петухов, Старобинец, 1993)

Наибольший вклад в магнитные свойства почв оказывает магнетит -Fe203 FeO - минерал, в состав которого входят как Fe3+, так и Fe2+ Магнетит является одним из распространенных минералов и встречается в разнообразных геологических условиях (Минералы, 1967) Одной из величин, характеризующих магнитные свойства веществ, является магнитная восприимчивость (%) - физическая величина, отражающая способность веществ намагничиваться % магнетита составляет 0,3-2,0 см3/г(или (0,8-2,5) 10"2м3/кг), что на два-четыре порядка превышает % других железистых минералов (Бабанин и др, 1995, Водяницкий, 1989, 2003) Это дает возможность диагностировать его присутствие на уровне десятых и сотых долей процента

Магнитные характеристики в почвах над нефтяными и газовыми залежами не изучались, однако обширная литература посвящена магнетизму почв фоновой территории Повышенный магнетизм почв, по сравнению с подстилающими горными породами, впервые был обнаружен геологами (Васильев, Семенов, 1960) В почвенной отечественной литературе первые исследования % почв проводились в 60-70-х годах прошедшего столетия в Ижевской сельскохозяйственной академии (Лукшин, Румянцева, 1964, Лукшин и др, 1968, Румянцева, 1971) Работы по изучению магнитных свойств почв велись на факультете почвоведения МГУ (Вадюнина, Бабанин, 1972, Карпаческий и др , 1972, Кауричев, Карпачевский и др , 1989; Смирнов, 1978, Иванов, 1984, 2003), в Почвенном институте им В В Докучаева (Водяницкий, 1981, 1983, 1992, 2003, Водяницкий и др, 1977, 1978, 1982, 1983, 2002, и др ), в Ярославском государственном техническом университете (Бабанин, 1972, Бабанин и др , 1976, 1995, 1996, 2000, Глебова, 1984, Глебова и др, 1984, Морозов, 1985, Верховцева, 1992, Верховцева и др , 2002, Пухов, 2004, и др ), Институте физико-химических и биологических проблем почвоведения РАН, Пущино (Алексеев и др , 1988, 1996, 2003, Ковда и др , 1998, Ковда, Моргун, 1999) В это же время магнитные свойства почв исследовались за рубежом (Le Borgne, 1955, 1960, Taylor, Schwertmann, 1974, Mäher, Taylor, 1988, Mäher, Thompson, 1995 и др ) Авторами показаны изменения магнитных характеристик в почвенном профиле в зональном и катенарном рядах Показано увеличение % в почвенных горизонтах, особенно, в гумусовом, по отношению к почвообразуюгцей породе в ходе почвообразования

Большое внимание уделялось полигенетичности FejOi в почве I Педогенный магнетит Образуется в почве в результате сочетания микробиологических (Верховцева, 1992, Водяницкий, 2003, Пухов, 2004, Bazylmski, Moskowitz, 1991, Lovley, 1991, Mäher, Taylor, 1988) и физико-химических микропроцессов (Водяницкий,1981, 2003)

Синтез Fe304 возможен в кислых автоморфных почвах при участии органического вещества, путем образования Fe-органических комплексов, при переменных условиях увлажнения, варьировании Eh (Биогенный магнетит и

магниторецепция, 1989, Водяницкий 1981, 1989, 1992, 1994, 2003, Schwertmann, Taylor, 1988, 1989, Maher, Tompson, 1995)

Восстановление Fe3+ до Fe2+ происходит при окислении Бе-органических комплексов в анаэробных условиях (Lovley, 1991) за счет железоредуцирующих бактерий, к которым относят роды Clostridium, Bacillus, такие микроорганизмы, как Sphingobacterium spiritovorum, Actinomadura roseola, Streptomyces sp и др (Верховцева, 1992, Филина, 1998, Пухов, 2004, Lovley, 1991, Fiscer, 1995, Vargas et al 1998) Выделяют два механизма восстановления Fe Первый связан с выделением микроорганизмами метаболитов, в объеме которых происходит восстановление Fe +, частицы Fe30,| образуются внеклеточно - биологически индуцированная минерализация (Lowenstam, 1981, Frankel, Bazylinski, 2003) В таком механизме восстановления Fe особая роль принадлежит аэробным метилотрофным микроорганизмам (р Pseudomonas др ), выделяющим ауксины (Троценко и др, 2001), в объеме которых происходит восстановление Fe3+ (Kamnev et al, 2001, Gazaryan et al, 1996, Щелочков, 2004) Факта образования Fe3C>4 метилотрофами не установлено В результате внеклеточного биохимического синтеза образуется 99% почвенного Fe304 (Maher, Taylor, 1988, Maher, Thompson, 1995), представленного частицами неправильной, овальной, округлой форм, размером менее 0,1 мкм (Алексеев и др , 2003), ~ 50 нм (Maher, Tompson, 1995)

Второй механизм связан с биологически контролируемой биоминерализацией - образованием внутриклеточных частиц Fe304, размером 60x100, 40x50 нм магнитотаксическими бактериями, представленными видами Aquaspirillum magnetotacticum, Magnetobacterium bavaricum, Desulfovibrio magneticus, Magnetospirillum magnetotactium и др (Blakemor, 1975, Blakemor et al, 1989, Bazylinski, Moskowitz, 1997, Bazelmski, Frankel, 2003)

II Литогенный магнетит По морфологическим признакам отличим по октаэдрической, додекаэдрической, кубической форме кристаллов Возможны замещения Fe2+ - Mn, Ti, Ni, Fe3+ - V, Zn, Cu, Al, Ca, Mg, Cr (Бабанин и др , 1995, Водяницкий, 2003, Матинян, 1999, Минералы, 1967)

III Привнесенные в почву сферические магнитные частицы (СМЧ) а) техногенного и б) природного (вулканического и космогенного) генезиса (Бабанин и др , 1994, 1995, Водяницкий, 2003, Геннадиев и др , 2002, 2004, и др ) Замещения в техногенных СМЧ - Mn, Cr, Ni, Zn, Pb (Матинян, 1999)

Глава 2. Объекты и методы исследований

Объектом исследования являлся почвенный покров подземного хранилища природного газа (ПХГ) и прилегающей территории регионального фона в Московской области Природный газ поступает с месторождений севера Тюменской области и закачивается на глубину 890-920 м в породу-коллектор Газохранилище расположено в песчаниках и песках нижнещигровского горизонта, имеет глинистую алевролитастую покрышку мощностью 10-25 м Объем подземного пространства 2,5 млрд м3 (Бухгалтер и др , 2002) В условиях природной и техногенной вертикальной и горизонтальной трещиноватости геологических структур исследуемого ПХГ (Кузьмин, Никонов, 2001, Никонов,

2003) образуется подземный ореол рассеяния углеводородных газов, площадь которого в почвенном покрове составляет около 21 км2 Площадь промышленной зоны - около 1 км2, исследуемой территории - около 60 км2

Методы исследования

Фактический материал был получен на основе полевых и лабораторных исследований 19982006 годов

В ходе полевых исследований были проведены катенарные почвенно-географические работы в сходных литолого-геоморфологических условиях на фоновой территории, ореоле рассеяния углеводородных газов и промышленной зоне Общее количество заложенных разрезов 51, из них 6 исследовались в сезонной динамике Удельная магнитная восприимчивость определялась во всех горизонтах почв и по площади в 10-кратной повторности (метод конвертов), через измерения обьемной магнитной восприимчивости (каппаметр КТ-5 (диапазон измерений 105 СИ)) и плотности почвенных горизонтов В каждом горизонте исследуемых почв измерялся Eh в 10-кратной повторности (полевой потенциометр с платиновым и хлорсеребряным электродами рН-150), отбирались ненарушенные образцы для микроморфологических, микробиологических и химических анализов (всего около 350 шт, поверхностных образцов - 180 шт ) В лабораторных исследованиях определялись

Физические свойства Удельная магнитная восприимчивость определялась каппаметром КТ-5 методом сравнения со значениями эталона, в качестве которого использовалась соль Мора Выделение магнитной фракции проводилось методом обогащения из почвенного образца (Бабанин и др, 1995) Навеску почвы помещали в пластмассовую тарелку, разбавляли Н2Од„ст и периодически взбалтывали Магнитные частицы собирали на дне ёмкости с помощью постоянного магнита с величиной магнитного поля порядка 0,07 Тл, немагнитную часть сливали Часть выделенной магнитной фракции подвергалась дополнительной обработке с целью удаления солей и органического вещества (Pearsall, 2002)

Гранулометрический состав определялся пирофосфатным методом, плотность, обьцая пористость, воздухоемкость — буровыми, влажность — весовыми методами в трех повторностях для каждого горизонта (Вадюнина, Корчагина, 1986, Шеин и др, 2000)

Морфологические свойства Микроморфологический анализ магнитной фракции почв проводился на сканирующих электронных микроскопах JEOL-JSM-35CF, JEOL-JSM-6060A, энергодисперсионные спектры получены на сканирующих электронных микроскопах OPTON Carl Zess LEO 1450VP и рентгеновском микроанализаторе INCAx-sight и JEOL-JSM-6060A с рентгеновским анализатором JEOL

Химические свойства Содержание Сорг определялось фотометрическим методом, рНнго - потенциометрическим методом (Воробьева, 1998) Содержание нефтепродуктов определялось гексановым методом с люминесцентным окончанием (Теплицкая и др , 1979)

Биологические свойства Потенциальная активность бактериального окисления определялась кинетическим методом по поглощению метана в инкубируемых закрытых сосудах (принцип метода Звягинцев, 1991, Паников и др, 1992), с использованием газового хроматографа M 3700 (МОЗ Хроматограф, Россия) с пламенно-ионизационном детектором (адсорбент SE-30, металлическая колонка длиной 1 м) Определение биомассы и группового состава микроорганизмов проводилось по жирным кислотам методом хромато-масс-спектрометрии (Осипов и др , 1994)

Разработан эксперимент «I» по влиянию природного газа на % почв Он основан на разделении процессов восстановления/окисления Fe, необходимых для синтеза Fe304 Моделировали режим периодического увлажнения/иссушения в присутствии природного газа и его отсутствии

Использовали образцы иллювиальных горизонтов дерново-подзолистых почв с различным содержанием Сорг, физической глины, находящихся в промышленной зоне, рассеяния углеводородных газов и на фоне Каждый образец делили на две части Одну использовали для восстановления железа ценозом существующих в почвенном образце микроорганизмов, с избытком заливая ее 1%-ным раствором глюкозы По истечении недели надосадочный раствор сливали и использовали для увлажнения второго образца так, чтобы влажность почвы составила около 20% Контроль показал, что массовая концентрация железа в привносимом растворе в среднем составляла 0,002% Процесс окисления моделировали иссушением, добавляя для его ускорения в сосуд с образцом почвы силикагель К концу недели влажность образца снижалась до -15% В образцах с добавлением газа еженедельно, через силиконовую трубку, закрепленную на дне сосуда, вводился метан в количестве 4000-10000 ррш Каждую неделю измеряли х и Eh Эксперимент проводился в

течение года В начале и в конце опыта проведены микробиологические и электронно-микроскопические исследования

Для уточнения результатов, полученных в ходе эксперимента «I», разработан эксперимент «II» Главным отличием опыта «II» от «I» было использование всего одной части почвенного образца без искусственного разделения процессов окисления/восстановления железа и увлажнение Н2Одист (опыт проводился в условиях, приближенных к естественным) Методы добавления метана, его количество, хранение образцов, сопутствующие измерения и послеэкспериментаяьные исследования проводились аналогично эксперименту «I» Эксперимент проводили в течение 7 месяцев

Названия природным почвам даны по «Классификации почв России» (2004), техногенным -по пособию «Антропогенные почвы» (2003), Можарова (2007)

Обработка результатов исследований проводилась в программах Microsoft Exel и Statistica, построение карт - в программе Mapmfo (5 0)

Глава 3. Факторы почвообразования и почвенный покров

В этой главе диссертации рассматриваются литолого-геоморфологические, гидрогеологические, биоклиматическис факторы почвообразования для фоновой и газоносной территорий, антропогенное влияние в промышленной зоне и почвенный покров изученной территории

Особое внимание уделено литолого-геоморфологическому фактору, определяющему магнитные характеристики почвообразующей породы и влияющему на их распределение в почвенном профиле и пространстве

Геоморфологические условия Исследуемое ПХГ находится на северо-востоке Московской области В пределах изучаемой территории проходит граница трех геоморфологических районов с севера - Клинско-Дмитровская моренно-эрозионная возвышенность, в центре - приклязьминская наклонная равнина, с юга - плоская зандровая равнина с отдельными пологими моренными поднятиями Территория характеризуется плоской поверхностью и низкими абсолютными высотами, убывающими с запада на восток (Почвы Московской области, 2002) Абсолютные высоты территории изменяются от 132 м в долине р Клязьмы, до 160 м на водоразделах При малых уклонах рельеф изобилует различного размера депрессиями, занятыми болотами и озерами

Почвообразующим породами в пределах изучаемого района являются 1) древнеаллювиальные пески и супеси, 2) суглинистые, супесчаные, песчаные отложения водно-ледниково-озерного, ледниково-озерного, ледникового, водно-ледникового происхождения, 3) техногенно-переотложенный материал в промышленной зоне, представленный неравномерной по гранулометрическому и минералогическому составу гетерогенной смесью гляциальных отложений и буровых отходов

Естественный почвенный покров фоновой территории и зоны рассеяния углеводородных газов образован I Сочетаниями (агро)дерново-подзолистых, иногда глееватых, супесчаных и суглинистых почв (64-42%) с (агро)дерново-подзолисто-глеевыми супесчаными (28-24%), торфянисто-подзолисю-глеевыми (7-17%) и эутрофоными торфяно-глеевыми (1-18%) почвами на песчано-суглинистых водно-ледниково-озерных отложениях, II Сочетаниями (агро)дерново-подзолов псевдофибровых песчаных (45-55%) с (агро)дерново-подзолисто-глеевыми супесчаными (52-45%), агроторфянисто-подзолисто-глеевыми (0,3%) почвами на песчаных древнеаллювиальных отложениях

Антропогенно-нарушенный почвенный покров промышленной зоны представлен III Сочетаниями комплексов-мозаик хемо-техно-подзолистых почв на песчано-супесчаных водно-ледниково-озерных отложениях, хемо-техноземов и страто-хемо-техноземов на переотложенном техногенном материале с их глееватыми и глеевыми разностями При этом хемо-техно-подзолистые почвы занимают 83% промышленной зоны, а хемо-техноземы и страто-хемо-техноземы - 16 и 1%, соответственно

Техногенные источники магнитных оксидов железа в почве На исследуемой территории основные источники поступления магнетита в почвы сосредоточены на территории промышленной зоны

I Магнетит литогенного генезиса добавляют в виде порошка в качестве утяжелителя в состав бурового раствора (БР) (Бухгалтер и др, 2002), основными компонентами которого являются бентонитовые глины, органическое вещество, легкорастворимые соли (Лыков и др, 2000) БР используют при первичном бурении скважин, их ремонте, засыпая вокруг каждой под гумусовый юризонт на площади около 1 га

II СМЧ а) техногенные - в большом количестве образуются в результате высокотемпературных процессов (сжигание топлива, в двигателях внутреннего сгорания, др производственных процессах), при работе длительно-функционирующего автомобильного, железнодорожного, авиационного транспорта (Бабанин и др, 1995, Геннадиев, Чернянский и др, 2004), б) космогенные, вулканогенные - составляют природный (фоновый) уровень содержания СМЧ в почвах

Результаты и обсуждение Глава 4. Образование магнитных оксидов железа в почвах фоновых и газоносных территорий

4 1 Основные профильные, пространственные закономерности распределения магнитной восприимчивости и магнитной фракции в почвах фоновой

территории

Почвообразующие породы исследуемого региона по степени

Содержание МФ = 0,21Е-3 + 0,0018 * х Согге1аНои г "0,89

ожелезненности относятся к умеренно-низкоожелезненным Степень оксидогенеза железа

Об

(РедИТ/Февал) - очень низкая

Магнитная

восприимчивость (у) почв тесно связана с содержанием в них магнитной фракции (МФ), г = 0,89 (рис 1)

Магнитная

о,о иия:---'-------

О 50 100 150 200 250 300

восприимчивость и МФ водно-ледниково-озерных отложений

200

250

300

300 составляют соответственно

X, *10 8 м3/кг } ^95% согшаепсе {

]} 2 5 10'8 м3 кг"1 и 0,10 г/кг

Риг I Кпрррпяиъ/пиипя <гпямгимпгть> V и пи а и тдрр'нглиия д иич- Мф

г

Рис, 2. Проспцтаиспшениоа распределение магнитной восприимчивости в Щиюфальных ¿ори^чдаол: почв (привязки к почвенным контурам) в [ншичных геохимических зонах газоносной и фиш/ной территорий. М !:4<КШ0, уменьшение 2раза. Условные обозначения: Картосхема-

Геохимичсские зоны гаюоой аномалии: р-Ц - промышленная ¡ока: р^- ореол рассеяния у'в гя.'ган:р~| - региональный фон; у почв,*10,:г/кг: д7. !0 Щ-Л-2о Нзо-зо «50-150

Почвы па водио-неониково-озерпых отложёиижх:: I - л грофлерн о до-под^ип 1стие : 2 - (А1 р|У)дс[тойи-| 10д:10.л1С !о-г!рифииьнс-глсйЕые супесчаные: 3 - Торфянисто-лолзо.'шстс-

профильно-глееГ1 е-.гс, з.ч Хеыо-торфянкст^кодзолнсто-профшшф'^еедыез 4 Эутрофинле торф?;1псго- и торфйно-глее!ЗЬ:е маломощные; '15 - Эутрофные хемо-тор.фд н г> гл ее п }.1е цшто мощные; 5 Вариации {лфе]-дерново-лодзопистых глееватьгх и фпфилг.пп-гееерых иееча>; на слоистых отложи!МЯК племенif.iv а VI л пых го потокеп: б { А| ес^-геноел е л.1 еле; п.е оЯфиере-лодёолы) леелл'ф лёрс п ч- ^ес'л.иее V

песчаные*, 65 - Хемо-дерново-подзолистые псевдофибровые*, 7 - Вариации (агро)дерново-подзолистых глееватых и профильно-глеевых супесчаных почв*, 8 - (Агро)торфянисто-подзолисто-профильно-глеевые*, 9 -Комплексы-мозаики хемо-техноземов** и страто-хемо-техноземов с хемо-техно-дерново-подзолистыми почвами, 10 - Комплексы-мозаики хемо-техноземов и страто-хемо-техноземов глееватых** с хемо-техно-дерново-подзолистыми глееватыми почвами, 11 — Комплексы-мозаики хемо-техноземов и страто-хемо-техноземов профильно-глеевых** и хемо-техно-дерново-подзолисто-профильно-глеевых *- на древнеаллювиальных отложениях, ** - на переотложенном техногенном материале

Сочетания почв

I - сочетания почв 1, 2, 3, 4 (нумерация по картосхеме и легенде) а) регионального фона и б) ореола рассеяния, 1в - сочетания поверхностно-нарушенных почв 9, 10, 11 промышленной зоны,

II - сочетания почв б и 7 а) регионального фона и б) ореола рассеяния,

ЙХПОЧв, ^10^м3/кг

- 10x108 м3/кг, [ 1- поверхность почв,Н - верхние горизонты, В срединные и нижние горизонты, ^ Почвенные'—'горизонты ____ Щ§!1

у - Р/АУ/ТЩ -аутг/ТГБ, Щ - Е/ЕЦеХв), Щ - ВТХЕКВУВНРАГ, ВТС/ВРГРС, в 1 и С, й

У - почвенные разрезы, ¡¡Ш - городские объекты и предприятия,р!| - кардинальЁизмененный антропогенный ландшафтГ}} {]] - водные объекты, - железная дорога

В почве отмечается прирост % и МФ по отношению к породе Максимальные значения характерны для гумусово-аккумулятивных и торфяных горизонтов, изменяясь в среднем от 28±1 и 0,50 до 40±11 10"8м3/кг и 0,72 г/кг, соответственно (рис 2,3) Повышение показателей в верхних горизонтах гидроморфных почв возможно связано с эрозионно-аккумулятивными процессами В элювиальных горизонтах агродерново-подзолистых почв, по сравнению с гумусово-аккумулятивными, наблюдается снижение % и содержания МФ соответственно до 5±1 и 0,13, в иллювиальных - небольшое повышение по отношению к элювиальному горизонту до 9±1 10"8м3/кг и 0,16 г/кг (рис 2, 3)

В почвах полугидроморфного и гидроморфного ряда увеличения рассматриваемых показателей в средней и нижней части почвенного профиля не происходит, что соотносится с литературными данными

Величины и характер распределения % и МФ по профилю специфичны для различных компонентов почвенного покрова Для агродерново-подзолистых почв характерен аккумулятивно-элювиально-иллювиальный, для агродерново(торфянисто)-подзолисто-глеевых почв - аккумулятивно-слабоэлювиально-иллювиальный, для торфянисто-глеевых - аккумулятивно-недифференцированный тип распределения % и МФ по почвенному профилю

Магнитная восприимчивость и МФ древнеаллювиальных отложений несколько ниже и составляют 2 3 10"8м3/кг и 0,08 г/кг, соответственно Распределение показателей по профилям почв различных элементов рельефа имеет те же закономерности В гумусово-аккумулятивных горизонтах % и содержание МФ также максимальны, хотя и ниже, чем в почвах на водно-ледниково-озерных отложениях, составляют для агродерново-подзолов(истых) псевдофибровых почв в среднем 23±1 и 0,41, для агродерново-подзолисто-профильно-глесвых почв - 11±1 10'8м3/кг и 0,20 г/кг (рис 2)

Таким образом, в профиле агродерново-подзолистых почв на водно-озерно-ледниковых отложениях отмечается прирост % и МФ по отношению к почвообразующей породе Максимальный прирост характерен для гумусово-аккумулятивных и торфяных горизонтов С нарастанием степени гидроморфизма в почвах происходит снижение значений показателей в

Почвы

Почвенные горизонты

Сочетания (агро)дерново-подзолнстых супесчаных, ( агро)дерн ово-i 1 о дзо листо-профильмо-глеевых супесчаных почв с зугрофними торфянисто-| глее вы ми мшймоишыми почвами

Со четания кем q-tcxhíi-де рн ово-подзолистых сукссчаних, хемо-] iTXHO-ДСрН ОБО-П ОДЗОЛ И СТО- ] ] р 0-фнльно-глеевых суииочапых почв с эутрофними хемо торфятгсто-глее-ьзыми маломощными почвами'*/*

Согс<гтания хсно-техноземрв супесчаных, xe^o-TCXHibcvoi. глсеватых сутхланьй; с хемо-п;хноземами праф1*льно-1Лсеиым« сулссчпными**/''

Сочетания страго-хем о-тех нсгзсм о в

супесчаных, страто-хемо-тсхноземов . н' : т : ■ \ .::. ; к\: ■ :м :>: ч с ."|"-ti-v:4 о-тех козе ма м и про фипьн о-глесвы м if супссчаными*4/*

Рис J. Содержание магнитной фракции а профит почв различных геохимических зол, г/кг. Условные обозначении:

Условия гидроморфгома. Г_J - йвтоморфный почвы; |Ц - лодупщроморфные ночаы;

Д - гидроморфные почвы; * - ¡¡а ведпо-ледниково-озсрных отложениях; ** - на переотложйнноы техногенном материале; /- подстилаемые.

оглеенных горизонтах полугидроморфтшх и гидроморфных почв у_ и МФ равны или незначительно выше, чем н мочйообразующей породе. В агродерново-Шодзошстых п севдфи бровых песчаных почвах на древнеаллювиальных отложениях % и содержание МФ ниже, чем на воды о-озерно-ле дн и КОВ и х.

4.2. Основные профильные, пространственные закономерности распределения магнитной во спр и им ч и во сит и МФ в почвах газовой аномалии.

4.2. !Магнитная восприимчивость и МФ в зоне рассеяния углеводородных ¿азов

Ti процессе конвективной и диффузионной миграции техпогеппо-аллохтоннбго метана из газовой залежи в условиях вертикальной и горизонтальной трещиповатости геологических структур и геодинамических деформаций н почвах образуются газовые аномалии, который проявляются в почвах промышленной зоны и рассеяния углеводородных газов (далее зона рассеяния) и характеризуются различной интенсивностью.

В почвах зоны рассеяния отмечаются следующие изменения рассматриваемых показателей, по сравнению с фоном В горизонтах почвообразующей породы % и содержание МФ равны или незначительно превышают фоновые характеристики Самый интенсивный прирост в почвенном профиле отмечается в иллювиальных горизонтах автоморфных и полугидроморфных почв, являющихся биогеохимическими барьерами Значения % и МФ в них статистически значимо нарастают в 2-4 раза по сравнению с фоновыми почвами, составляя в среднем 22±5 10'8м3/кг и 0,40 г/кг соответственно, прирост равен 13 10"8м3/кг и 0,24 г/кг (рис 2, 3) В почвах с повышенным содержанием органического вещества приросты % и МФ более высокие В агродерново-подзолистых псевдофибровых песчаных и торфяно-глеевых почвах увеличения не происходит В элювиальных горизонтах изменений рассматриваемых показателей почти не заметно В гумусовых и торфяных горизонтах агродерново-подзолистых, дерново(торфянисто)-подзолисто-глеевых и торфяно-глеевых почв % и МФ в среднем увеличиваются в 2-3 раза, по сравнению с фоном (рис 2,3), составляя 36±2 и 0,64, 22±3 и 0,42, 112±40 10"8м3/кг и 2,03 г/кг, соответственно Высокие значения в верхних горизонтах почв связаны, как увидим далее, с атмосферным техногенным загрязнением Распределения % и МФ в профилях почв зоны рассеяния имеют те же закономерности, что и в почвах фона, но значения выше

Таким образом, в зоне рассеяния углеводородных газов в гумусово-аккумулятивных, с одной стороны, и в иллювиальных горизонтах (агро)дерново-подзолистых почв на озерно-ледниковых отложениях, с другой стороны, регистрируется статистически достоверное повышение % и накопление МФ по отношению к почвообразующей породе и аналогичным почвам фоновой территории

4 2 2 Основные профильные, пространственные закономерности распределения % и МФ в почвах промышленной зоны

На фоне усиления потоков техногенно-аллохтонного метана в иллювиальных горизонтах природно-техногенных и природных почв промышленной зоны наблюдается статистически значимое увеличение % и МФ, прирост показателей по отношению к фоновым аналогам равен 16 10"8м3/кг и 0,27 г/кг, среднее значение % составляет 25±4 10"8м3/кг, МФ - 0,43 г/кг Прирост от элювиального горизонта к иллювиальному превышает фоновый в среднем в 2 - 7 раз Увеличение рассматриваемых показателей в срединной части профиля связано, по-видимому, как и в зоне рассеяния, в первую очередь, с процессами формирования педогенного магнетита под влиянием потоков метана В целом, характер распределения % и МФ по профилю природно-техногенных почв соответствует их профильному распределению в фоновых аналогах, но значения значимо выше В верхних горизонтах почв наблюдается существенное увеличение % и содержания магнитных минералов, что является следствием интенсивного техногенного загрязнения буровым раствором Вместе с тем усиливается региональная нагрузка на почвенный покров в виде атмосферных выпадений техногенного магнетита, связанного с

индустриальными источниками, по сравнению с фоном Суммарная % и МФ здесь варьируют в среднем от 79±13 и 1,42 до 88±24 10"8м3/кг и 1,57 г/кг, что выше фоновых в 3-8 раз (рис 2)

Для хемо-техноземов и страто-хемо-техноземов, профиль которых состоит преимущественно из техногенных горизонтов, четких закономерностей в распределении % и МФ нет Большинство таких почв характеризуются аккумулятивно-недифференцированным профильным распределением показателей, с максимумом с поверхности, и постепенным, либо резким снижением к почвообразующей породе Это подтверждается следующими данными Значения % и МФ верхней части профиля хемо-техноземов и страто-хемо-техноземов составляют в среднем 68 ± 18 и 1,22, 43 ± 5 10"8 м3/кг и 0,78 г/кг, соответственно Для средней и нижней части профиля хемо-техноземов % составляет 20±6 10"8, МФ - 0,33, для страто-хемо-техноземов - 26 ± 5 10 8 м3/кг, 0,38 г/кг (рис 2,3)

Самые высокие значения % и МФ в профиле характерны для гидроморфных почв промышленной зоны, расположенных в геохимически подчиненных ландшафтах Прирост показателей по отношению к ненарушенным почвам здесь составляет (200 450) 10"8 м3/кг и (3,5 8,0) г/кг

Таким образом, % и МФ в природно-техногенных и природных почвах промышленной зоны значимо выше фоновых аналогов в 3-10 раз для техногенных горизонтов и в 1,3-3,0 раз - для ненарушенных В распределении % и МФ по профилю страто-хемо-техноземов и хемо-техноземов четких закономерностей не обнаружено, значения в техногенно-нарушенных горизонтах выше, чем в ненарушенных, в 1,2-30 раз Максимальные значения показателей в почвенном профиле отмечены с поверхности

4 3 Морфология магнитной фракции 4 31 Морфология, химический состав, характер распределения и долевое участие различных групп магнитных частиц по профилю (агро)дерново-подзолистых почв фоновой территории В фоновых почвах выделяются крупные зерна октаэдрической, додекаэдрической формы, имеющие, согласно литературным источникам (Бабанин и др , 1995, Батурин, Дубинчук, 1989, Водяницкий, 2003, Минералы, 1967), литогенное происхождение (рис 4) Химический состав полученных спектров свидетельствует о преобладании Бе и О В качестве примесей отмечены V и Тх (встречаются Б1 и А1) Рефлексы Аи обусловлены его искусственным напылением, необходимым для предотвращения электрического заряда на поверхности образца

Выделяются СМЧ, диаметром в пределах от единиц до сотен (до 100) мкм, преобладают 10-50 мкм (рис 4) Химический состав полученных спектров свидетельствует о преобладании Бе и О Примесные элементы - Б) и А1 Имеется определенный порядок в распределении магнитных частиц по почвенному профилю В верхних горизонтах почв преобладают СМЧ - (8090%), доля литогенных частиц составляет 10-20% В нижних горизонтах дерново-подзолистых доля СМЧ снижается до <10%, основная часть МФ представлена лито генными частицами

Рис 4, Генетические типы магнитных образований в иллювиальных горизонтах (арро)дерново-поОэояистых почв фоновой территории. - зона мнкооалалим

Таким образом, магнитный профиль почв фоновой территории формируют литогенные магнитные частицы и СМЧ. Содержание магнитных оксидов железа литогенного генезиса зависит от магнитных характеристик почнообразующей породы. Повышение уы в верхних горизонтах почв связано с аккрецией техногенного материала (СМЧ) из атмосферы. 4.3.2. Морфология, химический состав, характер распределения по профилю и долевое участие различных групп магнитных частиц а почвах газовой аномалии 13 составе МФ почв над искусственной газовой залежью обнаружены 3 группы морфологических образований (рис. 5). Образования литогенных (Л) и СМЧ характеризовались в разделе по фоновым почвам. I !ц газоносной территории среди литогенных частиц отмечается модификация литогенно-техцогенного магнетита (Лт), представленного частицами со сходной морфологией, но в составе замешенных элементов присутствует С1. Последний элемент добавляется в почвы в большом количестве с буровым раствором.

Среди СМЧ можно выделить группу частиц, тесно коррелирующую с содержанием в почвах нефтепродуктов типа масел и мазута {г«^«^*™^ = 0,91). Эта группа СМЧ (СМЧцхг) связана с загрязнением почл горючесмазочными материалами и продуктами сгорания топлива в двигателях внутреннего сгорания при ремонтных работах ш с-кважинах. Содержание СМЧ резко увеличивается в техногенных горизонтах, затрясенных нефтепродуктами.

Известно, что СМЧ являются спутниками ПАУ и указывают на происхождение поЙКпантов (Геннадиев и др., 2004: Пик овсюга и др., 2004), Как видно из рис. б для техногенных горизонтов с домироваписм СМЧ характерно преобладание незамещенных ПАУ, (бенз(а)ант рацеи, бенз(а)пирен, и др.), для природных горизонтов с доминированием педогешшх магнитных частиц -присутствие замещенных ПАУ (нафталин, фенантрен, бензфлоуреп и др.).

I I

la. Литогещо-техногенный

2,Техлогенный, космогевный. вулканический

Октаэдрическая, ДОдекйдрическая, редко кубическая

Сферически

3. Пел ore пну,й

Цепочечные агрегаты бакге риоморф и ых коисовидных (неправильной формы) образований

^Бакгериоморфные образования (микрокодом™ метанотрофних бактерий)

Длина грани: 2 - 200; преобладают 20-50

преобладают

О 10-50

лреооладают 0.2 X 0.4 - 0.6

преобладают 0.2 - 04 И 0.8 -

Образования, не отмытые от солей и орган и ч ее ко i-о веществ а

зона м¡-попоилл ;пчя

Рис. i Геретические типы магнитных образовании в иллювиальных горизонтах (а?ро)0ер1юво-подзолистых почв газовой аномалии

I енешб

1.Лнтогешшй

Форма

Размеры, мкм

Г) л е к г р о im о - м и кроскопн ч еекое юо браже ш re

Эггеда>диспфСТ1011ный еи-гр

Педогенные магнитные частицы являются спутниками замещенных ПАУ

В пределах газовой аномалии выделяется третья группа частиц Она представлена магнитными частицами в виде цепочечных агрегатов кокковидных образований и отдельных бактериоморфных бугорчатых образований. Названия приводятся согласно терминологии (Батурин, Дубинчук, 1989) Агрегаты имеют удлиненно-овальную форму, ярко-выраженную ассиметричность, размеры 0,10 (0,25) *1,0 (0,80) мкм, составлены частицами 70 (200)хЮ0 (300) нм Химический состав свидетельствует об абсолютном преобладании Бе и О В состав ассоциированных элементов входят А1 и Б1, встречаются 1М, Си, Ъп (рис 5, 11) Размеры кокковидных магнитных частиц, сгруппированных в цепочечные агрегаты сопоставимы с размерами 0,1-0,3 части микроорганизма

В распределении по профилю названных групп магнитных оксидов Бе выявлены следующие закономерности

• частицы литогенного генезиса обнаружены во всех почвах, содержание их в профиле почв изменяется слабо и приблизительно соответствует их содержанию в почвообразующей породе

• частицы литогено-техногенного генезиса приурочены к турбированным переотложенным гумусово-аккумулятивным и буровым техногенным седиментационным горизонтам почв промышленной зоны На неблагополучных скважинах, часто подвергающихся ремонтным работам, литогенно-техногенные частицы присутствуют по всему почвенному профилю

• СМЧ встречаются во всех почвах газовой аномалии с максимальным содержанием с поверхности Частота встречаемости СМЧ верхних горизонтах почв составляет 80-90%, в иллювиальных горизонтах снижается до 10-20%

• магнитные оксиды железа педогенного генезиса широкое распространение получили в срединных и нижних, особенно иллювиальных, горизонтах дерново-подзолистых почв газовой аномалии, хотя и встречались в гумусовых горизонтах при доминировании СМЧ

Выявлено ориентировочное количественное содержание магнетита различного генезиса в почвах

МФ0бщ (фон, з рас, пром з. (ненарушенные гор-ты)) = МФпед МФд + МФсмч МФо6щ (прои з (техногенно-нарушенные гор-ты)) = МФпед + МФл + МФдт + МФсмч + МФсмч пхгэ где

МФ0бщ - вся магнитная фракция в почвенном горизонте МФсмч -содержание СМЧ, рассчитывается исходя из их доли (встречаемости в образце под микроскопом) от всей МФ Разделение СМЧ, связанных с атмосферными выпадениями и нефтепродуктами возможно по корреляционным связям х и содержания нефтепродуктов МФл - содержание литогенного магнетита, условно принято за постоянную величину, равную в среднем 0,10 г/кг, соответствующую МФ в горизонтах С МФЛт - содержание литогенно-техногенного магнетита Остается невыясненным и составляет ошибку при расчете содержания педогенного магнетита

В этой связи ориентировочное содержание различных морфологических групп магнетита является весьма приблизительным в верхних горизонтах

техногенно-нару шен ных ночи. Расчет приблизительного содержания лелоггшюго магнетита оказался возможным.

В результате расчетов получено, что педо генный магнетит в фоновых почвах используемым методом обнаружить не удалось или его очень мало. В ореоле рассеяния в иллювиальных горизонтах агродерново-подзолистых почв содержание иедогенниго магнетита увеличивается от 0 на фоновой территории до в среднем 0.14 г/кг (до 50% от всей МФ). В ненарушенных почвах промышленной зоны содержание пс-догепного магнетита увеличивается от 0 на фоновой территории до 0,19 г/кг (60%) (рис. 6).

I II III

О î J в с ю LI г J в в 10 „ ; й о 8 10 rire. 6. Содержание и состав МФ, профильное распределение у в (агрО)с№рново-лод.ШЬ1аПЫХ и хемп-техно-дерново-подзотстых почеах различных геохимических зон: отношения замещенных (природных) к незамещенным (техногенным) ПА У (К) Условные обозначения:

: ' ..' ':.'.'.',.. wjlbï ■ '-' ' ZJ - ' И!|,. Г; l .'. IT - optííJU piICCÍÍHHHfl V Л Г310&, Iïï

п ромышлсишязта ;— - - магнитааввавпртшчиоость, mVkt,---- - коэффициент К.

Г~ 'ш1шя ИЯ~ -n"TtircTIHhlií- 11MI лнтогекио-техногенньгй {из ЬР), ' ; ']- аэрогенный (СМЧ), [г; педогежзъЖ, содержание МФ ( i /и ; по шкале.

Таким образом, в иллювиальных юризонтах (arpo, хемо, техно Дерново-подзолистых почв газовой аномалии преобладают магнитные оксиды железа педогенного генезиса (0,14-0,19 г/кг^ содержание литогенного Mai "петита составляет в среднем 0,10 г/кг, СМЧ - 0,03 г/кг. В верхних горизонтах (arpo, хемо, техно )дерново-подзол истых почв, хемо-тсхноземов и страто-хемо-техпоземов преобладают СМЧ (аэрогенные, связанные с общим загрязнением и СМЧпхг), превышая содержание лптогенных, литоген но-техно генных и ледогенных магнитных оксидов железа в среднем на порядок.

4.4 Биомасса, видовой состав микроорганизмов, условия образования магнитных оксидов железа в иллювиальных горизонтах (агро, хемо, m ехг/о) à ерн о во-по дзол ист ых почв 4.4.1 Пиомасса и видовой состав микроорганизмов. Eh и Сврг в фоновых почвах Основу микроорганизмов а почвах фоновой территории составляют следующие функциональные группы: метанотрофы, метилотрофт.т и ферментирующие железоредукторы.

Метан отрофные, метилотрофные, ж ел ез орел у ц и ру ю 111 и е бактерии относятся к кооперативному сообществу м щероорг ан измо в, при этом метанотрофы стоят вначале пищевой цепочки, ассимилируя недоступный для

других представителей микробного сообщества метан, поставляя в качестве эоометаболитов углекислоту, аминокислоты, а при лизисе клеток - все необходимые для роста метилотрофов компоненты - белки, j um иды, углеводы, Метанотрофы, окисляющие автохтонный метан н аэробных условиях представлены видами Methylococcus sp. (маркер - 16;ld7), Methylomonas albus (16:1dl 1), Melhylomonas sp. (Ы6), Биомасса метан отрофоВ при Аэ>Ан составляет в среднем 9±2Ю4, при Дэ<Ан — I 10"' мг/г почвы (рис.7). Активность бактериального окисления СНд (А К О) не превышает 2.. .4 нг г'1 ч"1,

Рис. 7. Биомасса мжроорганизмов, % и их корреляционные зависимости е иллювиальных горнзаипшх(а,>ро)дерново->юдюлистых почв фоновой территории и орео.ш рассеяния и хсмо-техно-дерново-подюлисгных по чв промышленной юны ПХГ. Условные обозначения:И - биомасса метано; f£j - (летилотрофов (2); Щ железоредукторов (3);Ц - общая б иом ассМ и кроорганизм о в (]); ГрЧс; Ä - преобладают аэр!бные микроорганизмы (Аэ>Лн); В - преобладают анаэробные микроорганизмы (Аэ<Ан),

Заметное место в фоновых почвах занимают метилотрофные микроорганизмы, способные помимо С ¡-соединений и органических веществ использовать этан, пропан, бугаи. Они представлены в основном видами Pseudomonas jluorescena (2Ы2), P ves i с и taris (3hl2), P.putida (3hl0), Micobacteriwn sp. (17:1), Nocardia carnea (16:ld9t), и др.. Известна способность этих микроорганизмов в аэробных условиях выделять мегаболшы - ауксины (Троценш и др.. 2001), в объеме которых происходит восстановление Fe * (Камнсв, Перфильев, 2002; Щелочкой, 2004). При Лэ>Ан биомасса мети л отрофов составляет 7 ± 1-10^ . при Аэ<Ан — 4Т0"1 мг/г почвы (рис, 7). Уже на фоновых территориях хороша заметно увеличение метнлотрофных микроорганизмов при увеличении метанотрофных.

Ферментирующие железоредукторы представлены в основном видами Clostridium difficile (маркер - il8), Cperfinges (1 Ohl8), Cpropiomcum (14,1*5), Clostridium sp (18 la), Bacillus subtuihs (il9), Micrococcus sp (all5), Staphilococcus sp (al9), Sphmgobacterium spiritovorum (2hil5), Actinomadura roseola (10Mel7) и др Названные микроорганизмы восстанавливают Fe3+ до Fe2+ в процессе окисления железоорганических комплексов в анаэробных условиях (Lovley, 1991) Биомасса ферментирующих железоредукторов в аэробных условиях (Аэ>Ан) составляет 10 НУ4, в анаэробных (Аэ<Ан) - 14 10~4 мг/г почвы на фоновой территории (рис 7)

Восстановление Fe3+ в иллювиальных горизонтах агродерново-подзолистых почв возможно с помощью ферментирующих железоредукторов и метилотрофных бактерий, живущих в автоморфных почвах в анаэробных и аэробных зонах при невысоком содержании органического углерода (в среднем 0,21 ±0,04%), чередовании сухих и влажных периодов по микролокусам Средние значения Eh в этих почвах в летний период составили 500 550 мВ (525±7 мВ) при незначительном варьировании отдельных значений (о < 25)

Отношение содержания ферментирующих железоредукторов и метилотрофов при Аэ>Ан в супесчаных иллювиальных горизонтах дерново-подзолистых почв фона составляет 1,5, при Аэ<Ан в песчаных- 3,5

Общая биомасса микроорганизмов, соответствующая фоновому значению X, составляет 30 43 10"4 мг/г (рис 7)

Таким образом, в иллювиальных горизонтах (агро)дерново-подзолистых почв фоновой территории в восстановлении железа основная роль принадлежит ферментирующим железоредукторам 4 4 2 Биомасса и видовой состав микроорганизмов, Eh, Сорг в почвах газовых

аномалий

Над искусственной газовой залежью, в иллювиальных горизонтах (arpo, хемо, техно)дерново-подзолистых почв, являющихся биогеохимическими барьерами (активность бактерильного окисления метана - 16-29 нг/г), наряду с приростом % и МФ, по сравнению с фоном, и образованием педогенного магнетита, наблюдается значимое увеличение численности метанотрофов в среднем в 2 раза (17 10"4 мг/г) (в хемо-техно-подзолистой почве), метилотрофов - в 4 раза (26±9), ферментирующих железоредукторов - в 2 раза (23±7), общей биомассы микроорганизмов, представляющей свежеобразованное органическое вещество, - в 3 раза (81±17 10"4 мг/г) (рис 7) Обнаруживается высокая взаимосвязь активности метанотрофных микроорганизмов с метилотрофными, что подтверждается статистически Видовой состав метано-, метилотрофов и ферментирующих железоредукторов соответствует почвам фоновой территории

Наибольший прирост биомассы метилотрофных микроорганизмов отмечен в иллювиальных горизонтах зоны рассеяния с высоким содержанием Сорг (выше фонового в 2-10 раз) и затрудненной аэрацией (рис 7) Это связано с тем, что высокая активность метанокисляющих бактерий в таких условиях сопровождается образованием и выделением большого количества

промежуточных продуктов окисления метана Эти продукты препятствуют формированию биомассы метанотрофов, но способствуют интенсивному росту факультативных метилотрофов, способных выделять ауксины, в объеме которых происходит восстановление Ре3+

Интенсивный прирост метилотрофов наблюдается при Аэ>Ан в иллювиальных горизонтах почв газовой аномалии, составляет для почв зоны рассеяния 33 10 , промышленной зоны - 11 104мг/г почвы, прирост ферментирующих железоредукторов — 11 и 16 10"4 мг/г, соответственно При Аэ<Ан прирост общей биомассы, метилотрофов, ферментирующих железоредукторов не выражен Отношение содержания ферментирующих железоредукторов и метилотрофов при Аэ>Ан уменьшается по сравнению с фоновой территорией и варьирует от 0,4 до 1,5, при Аэ<Ан - 1,5-2,6

Наряду с ростом численности микроорганизмов в почвах над искусственной газовой залежью изменились условия протекания процессов формирования магнетита По результатам многолетних наблюдений экспериментально показано увеличение варьирования ЕЬ в иллювиальных горизонтах большинства (хемо-техно)дерново-подзолистых почв ореола рассеяния и промышленной зоны (а =39-65, соответственно)

Таким образом, в почвах газовой аномалии в условиях Аэ>Ан восстановление железа осуществляют, главным образом, метилотрофные микроорганизмы, анаэробная железоредукция также усиливается, но имеет подчиненное значение При Аэ<Ан, так же как в фоновых почвах, характерно доминирование ферментирующих железоредукторов над метилотрофами

4 5 Взаимосвязи магнитной восприимчивости с биомассой и видовым составом микроорганизмов Как известно, важным моментом для синтеза педогенного Ре304 является образование свежего органического вещества, которое во влажные периоды выполняет комплексобразовательные и восстановительные функции -происходит образование хелатных комплексов свежего органического вещества с Ре3+ Ферментирующие железоредукторы окисляют органическое вещество, восстанавливая Ре3+ до Ре2+ в форме аквакомплексов в анаэробных условиях Метилотрофные микроорганизмы также участвуют в восстановлении Бе путем биологически индуцированной минерализации в аэробных условиях Метилотрофная железоредукция имеет подчиненное значение в фоновых почвах В сухие периоды происходит увеличение концентрации аквакомплексов в почвенном растворе, их окисление и выпадение в твердой фазе Количество образующегося Ре304 проявляется как динамическая величина, отражающая соотношение интенсивностей почвенных восстановительных и окислительных процессов Реакции проходят при невысоком варьировании ЕЬ, фоновом содержании органического углерода По-видимому, этот механизм реализуется в фоновых почвах (рис 8)

Увеличение общей биомассы микроорганизмов, метилотрофов и ферментирующих железоредукторов, сопровождается пропорциональным ростом %, увеличением содержания МФ и появлением специфических

морфологических образований на фоне широкого варьирование ЕЬ и сходного содержания органического углерода (0,28±0,06%) в иллювиальных горизонтах Фоновая территория._______

Факторы

Мехапи

1 Периоды увлажнения/ иссушения

2 Умеренная вариабельность Eh

Фоновая активность бактериального окиспения метана

Фоновая биомасса метанотрофов

- Биомасса железоредукторов (FeR)

Биомасса всех м икроорганнзмов

I Анаэробная ферментативная диссгшияяционная желеюредукция [27]

II Фоновая интенсивность аэробной метилотрофной железоредукци

Умеренное восстановление Ге3*

Химическое окисление Те* до Fe3*

ЗГе2,-+4Я20 Ре*04+8Н*+2е

Mm прирост х

Образование магнитных оксидов железа Частицы овальной формы, размером 0 05-0 1 мкм

Газовая аномалия.

Факторы

1 Периоды увлажнения иссушения

2 Высокая вариабельность Eh

Механизмы

Повышение активности бактериального окисления метана

Увеличение

биомассы метанотрофов

Увеличение биомасссы метилотрофов (М) как следствие рост* метанотрофов -Увеличение биомассы железоредукторов (РеЮ - Увеличение биомассы всех микроорганизмов

I Усиление интенсивности анаэробной ферментативной жеяезоредукщш

Интенсивное восстановление Fe3+

II Усиление аэробной метилотрофнои жепезоредукции

Выделение аукьинов (И УК)

Образование комплексов Fe" ИУКи другими ИАК в аэробных условиях

Фермен тативная и химическая окислитель ная деструк ция ИУК с восстановлением Fe

Fe2l_> Химическое окисление Fe1* до Fe1* Fe-Oj+8H*+2c

•

Мах прирост х

Образдкаиие магнитных оксидов железа. Частицы опальной фор'чьг, цепочечные

ai регат ы часгид размером 0.07-0.3 мкм

Рис 8 Механизмы обоснования магнитных оксидов э/селеза в почвах газовой аномалии и (Ьона

(arpo, хемо, техно)дерново-подзолистых почв над искусственной газовой залежью, по сравнению с фоном В почвах с повышенным содержанием органического углерода наблюдается еще большее увеличение биомассы перечисленных микроорганизмов, %, МФ при более широком варьировании Eh

Отмечены высокие корреляционные связи % с Сорг (г = 0,87), общей биомассой (г = 0,92), биомассой ферментирующих железоредукторов (г — 0,96), метилотрофов (г - 0,75) (рис 7) В почвах с доминированием СМЧ эти связи очень слабые или отсутствуют

В почвах газовой аномалии существенно возрастает роль как органического вещества, так и функционирующего биогеоценоза Увеличение роста биомассы метанотрофов ведет к пропорциональному росту метилотрофов и позволяет предположить интенсивное подключение дополнительных механизмов железоредукции, биологически индуцированных метаболитами

метилотрофных бактерий - ауксинами (рис 8) Эти процессы проходят при широкой вариабельности Eh Характерны высокие корреляционные связи % с биомассой метилотрофов в образцах с Аэ>Ан для почв газовой аномалии Подключение возможных дополнительных механизмов на окислительной ветви окислительно-восстановительного цикла в исследованных почвах, по-видимому, не происходит, так как микроорганизмов, окисляющих железо, не обнаружено

Таким образом, в иллювиальных горизонтах (arpo, хемо, техно)дерново-подзолистых почв на биогеохимических барьерах происходит увеличение активности бактериального окисления метана, биомассы метанотрофов, пропорциональный прирост метилотрофов и ферментирующих железоредукторов, статистически значимые увеличения %, содержания МФ, формирование мелкодисперсных бактериоморфных новообразований педогенного магнетита, составленных частицами, размером 70 (200)х100 (300) нм, по сравнению с фоновыми почвами Восстановленная форма Fe2+ в составе Fe304 является, по-видимому, результатом микробиологических процессов, окисленная Fe3" - физико-химических Образование магнетита проходит при сильно контрастных Eh и фоновом содержании органического углерода

5.Синтез магнетита при участии природного газа

5 1 При добавлении метана и органического вещества По полученным результатам, для уточнения и дополнения представлений о синтезе магнетита в почвах газовых аномалий был проведен эксперимент I, в ходе которого были смоделированы контрастный окислительно-восстановительный режим, проводилось добавление метана

В результате получено годовой прирост % (рис 9, кривые ♦) в пределах газовой аномалии при добавлении СН4 составил (5,9 6,3) 10"8м3кг"', фоновой территории - 1,2 10'8м3кг"' В образцах без добавления газа годовой прирост % по всем образцам составил (0,6 3,8) 10"8м3кг'' Приросты % в фоновых почвах минимальны Прирост МФ в почве за 1 год при добавлении метана в 2-4 раза выше, чем в контрольных образцах

Модельные опыты проходят при сходном Eh, составляющем около 300 мВ При этом варьирование Eh при добавлении природного газа в 1,5-2 раза выше, чем в опыте без его добавления (рис 9)

При добавлении СН4 наблюдается увеличение общей биомассы в 2-5 раз, по сравнению с исходными образцами Без добавления газа увеличение общей биомассы не значительно - в 1,3-1,6 (обр 501,614), а в образце 304 уменьшается в 3 раза

При добавлении СН4 в образцах промышленной зоны и территории с невысоким содержанием Сорг (0,3-0,5%), где Аэ>Ан отмечено резкое увеличение метанотрофов в 4-8 раз, метилотрофов в 4-6 раз, ферментирующих железоредукторов в 2-4 раза по отношению к исходным образцам В образце зоны рассеяния (Аэ<Ан) с содержанием Сорг 1% наблюдается снижение Eh, что выражается в ингибировании аэробных метанотрофов и росте анаэробных

Магнитная восприимчивость и окислительно-восстановительный потенциал

С ДОБАВЛЕНИЕМ МЕТАНА БЕЗ ДОБАВЛЕНИЯ МЕТАНА

Биомасса различных групп микроорганизмов

Образец К°304 (органический углерод - 0,29%, физическая глина-21,51%)

железорудукторов Биомасса ферментирующих железоредукторов увеличивается в 4 раза по отношению к исходному, метанотрофов - в 1,5 раза, метилотрофов - не меняется В образцах без добавления СН4 биомасса названных микроорганизмов изменяется незначительно

В результате электронно-микроскопических 'исследований, после опыта получены изображения цепочечных агрегатов кокковидных образований (рис 5, :цифры 1,2 белые, рис 11), имеющие размеры и формы, сходные с

полученными до опыта (рис 5, цифры 1, 2 черным . цветом, рис 11) Таким образом, в образцах с добавлением

МГЫ

\ Ейср=343±13

V СЬср=267±13 а-(Е!0=2412

Ообразец №501 (органический углерод

0-{ЕЬ)=5042

и ЕЬср-М2«3

10 15 20 25

О 15 20 25 30 Ндат

Образец 614 (органическим углерод 0,54% ф глина 3 56%)

»200 мЮО

;

1 " ЕЬср=283±16 1 Е1кр=293±]2

В

Рис 9 Характер изменения ЕЬ, % и биомассы микроорганизмов в иллювиальных горизонтах агродерново-подзопистых почв Условные обозначения -♦-- х,-■--ЕЬ сухого образца,

- ЕЬ раствора. ! - железоредукторов.

метана, железоредукции участвуют существенно возросшая по

сравнению с

- биомасса метано-, ЙШМ - метилотрофов, ИСХ°ДНЬ1МИ „ , образцами биомасса

общая биомасса микроорганизмов,

как

I - началььые данные, II - данные, полученные в конце эксперимента прикак метилотрофов добавлении природного газа, III - данные, полученные в конце (при Аэ>Ан), так И ■жспепимента без добавления ппиоооного газа А- Ач>Ан Б - Аэ<Ан ферментирующих

железоредукторов (при Аэ>Ан и Аэ<Ан)

В образцах без добавления СНд с Аэ>Ан в восстановлении Бе3+ участвует почти равная биомасса метилотрофов и ферментирующих железоредукторов, при Аэ<Ан существенная возрастает роль ферментирующих железоредукторов Полученные электронно-микроскопические изображения

бактериомофрных образований, соответствуют полученным ранее

Рис, П. ')л с'ктронн о-л г икроскоп и чсские нзобраэ'сёЛия пе&ргенных магнитных оке но о^ Ре.

Млцшшяи ООСГфНЦМЧШНКТЬ Ц

С ДОБАВЛЕНИЕМ МЕТАНА ЬЫ Д(ША ¡¡ЛЕПИЛ МЕТА НА

Образец N01 {орга^тческий углерод - 0,45% физшескан

I

\

Образец В13 (органу 1всн«й уг пород - о,17%, фюинвская тина -117,,,

Я» д

,Л | ! 1 = ■а 2 . ; I ? £ 5

! Е

«•!$ Н

гаЗ"

а а * з 1? 1э 15

ИМЧС2КИЙ *ГГЧРОД -С, 23%. т;

'"¡ЙСЛМП! Ъ!) I {ГЛОЛ-ЧЛСл-

, Ал

Перенят

Рис, 10. Характер изменения Ек, >; к биомассу микроор^тп'шив и

к.'1лкнпш;!Ы1Ых горизонтш, ^¡юоерчово-подзолистых ночи. Условные обозначения к рисунку см. по рис. 9.

ГАЗОВАЯ АНОМАЛИЯ,

С добавлением метана

5.2, Синтез магнетита при добавлении метана в лабораторных условиях. Для

подтверждения влияния метана на синтез Г'е30,| в почвах был

смоделирован опыт ][ условиях увлажнения 1ЬО.,1И„ добавления В результате получены те же закономерности изменений х и £Ь, но прирост % в почвах с

добавлением СН,(

ниже, чем в эксп. 1 (рис.10), ЕЬ

смещается в

окислительную сторону,

варьирование(а ) ниже на порядок, что сходно с полевыми условиями.

и

сад.

Рис. 7:. 7:^-

В образцах с добавлением СН.; — единственного дополнительного источника углерода - в железоредукции участвует преимущественно биомасса метило :рофов; в росте которых велика роль свежего органического вещества метанотрофов. Участие ферментирующих ж е л езо ре ду к тор о в ниже. Без доб.ж.ц'ния СН4 в процессах восстановлен ня железа доля участия рассматриваемых микроорганизмов идентична, но биомасса их меньше.

В результате микр©морфологических исследований после опыта II также были получены изображения цепочечных агрегатов ко к ко видных магнитных частиц (рис. Л), содержание которых значительно увеличилось в образцах Почв, находящихся под воздействием газа. Среди примесных элементов отмечены N и Си, характерные для биогенных структур (Корр. 2001).

Таким образом, вторично подтверждается влияние природного газа па синтез магнитных оксидов железа в почвах при усилении варьирования ЕЬ и значительном увеличении биомассы микроорганизмов.

Выводы

1. Над Искусственной газовой залежью в иллювиальных горизонтах дерново(агро, хемо, техйо)-подзолистых почв происходит статистически значимое увеличение магнитной восприимчивости и содержания Магниткой фракции в среднем н 2-4 раза по сравнению с фоновой территорией. Увеличение у обусловлено синтезом п слоге ни ого магнетита.

2. В составе магнитной фракции иллювиальных горизонтов дерново(агро, хемо, техно)-подзолистых почв обнаружены недогенные магнитные оксиды железа, представленные кокковидньши бактериоморфпыми образованиями размером 70 (100. ..300)* 100 (200.. ,400) нм, сгруппированными в цепочечные агрегаты, В химическом составе преобладают Ре и О, среди примесных элементов присутствуют N и Си, как известно, характерные для биогенных структур,

3. Взаимодействие техно генно-аллохоппого метана с почвой сопровождается увеличением численности и общей биомассы микроорганизмов соответственно на порядок и в 2-3 раза.

Увеличение биомассы отдельных функциональных групп микроорганизмов в почвах газовой аномалии, по сравнению с фоновой территорией, составляет в среднем

• метанотрофные микроорганизмы (Methylomonas albus, Methylococcus sp, Methylomonas sp)- значимо увеличиваются в 2 раза,

• метилотрофные микроорганизмы (Pseudomonas fluorescens, Р putida, Nocardia sp, Micobacterium sp и др ) — значимо увеличиваются в 4 раза,

• ферментирующие железоредукторы (Clostridium difficile, Сpropionicum, Micrococcus sp, Staphilococcus sp и др ) - значимо увеличиваются в 2 раза

В иллювиальных горизонтах (arpo, хемо, техно)дерново-подзолистых почв на фоновой территории при Аэ>Ан в процессе восстановления Fe ведущая роль принадлежит ферментирующим железоредукторам, на территории газовой аномалии - метилотрофным микроорганизмам, при Аэ<Ан - ферментирующим железоредукторам

4 В иллювиальных горизонтах (arpo, хемо, техно)дерново-подзолистых почв газовой аномалии на биогеохимических барьерах интенсивно увеличивается биомасса метанотрофов, что сопровождается пропорциональным ростом метилотрофов, и ферментирующих железоредукторов, статистически значимо увеличивается %, содержание МФ, по сравнению с фоновой территорией Результатом этих процессов является формирование новообразований педогенного магнетита Промежуточным этапом образования магнетита является формирование Fe-органических комплексов, на что указывает высокая коррелятивная связь биомассы всех и отдельных рассмотренных групп микроорганизмов с %

Синтез магнетита в почвах происходит при чередовании процессов увлажнения/иссушения, соответствующих анаэробным и аэробным периодам, переменном Eh по микролокусам, участии органического вещества В почвах газовых аномалий варьирование Eh выше, чем в почвах фоновой территории Список работ, опубликованных по теме диссертации

1 Пронина В В Автохтонные генерации метана в почвах газовых аномалий // Тезисы докладов IX Межд конф «Ломоносов-2002», секция Почвоведение M, С 89

2 Пронина В В , Загурский A M Влияние подземного хранения природного газа на некоторые свойства почв // Тезисы докладов Всероссийской конф «VII Докучаевские молодежные чтения Человек и почва в XXI веке» Санкт-Петербург, 2004, с 8-9

3 Можарова H В, Иванов А В, Кулачкова С А, Пронина В В Влияние искусственной газовой залежи на почвы в зонах подземной трещинноватости геологических структур // Материалы IV съезда ДОП, С 10 Новосибирск, 2004, с 363-364

4 Кулачкова С А, Пронина В В , Можарова H В Ассимиляция техногенно-аллохтонного метана в почвах газоносной территории // Материалы Межд научн конф «Экология и биология почв» Ростов-на-Дону, 2005, с 242-247

5 Можарова H В , Кулачкова С А , Пронина В В Специфика функционирования почвенного покрова газоносных территорий // ВМУ, сер 17,2005, №3, с 9-19

6 Можарова H В , Пронина В В , Иванов А В , Шоба С А, Загурский A M Формирование магнитных оксидов железа в почвах над подземными хранилищами природного газа // Почвоведение, 2007, №6, с 707-720

Отпечатано в копицентре «(Л ИРИН Г» Москва, Ленинские горы, МГ У, 1 Гуманитарный корпус www storint ru e-mail zakaz@stpnnt ru тел 939-33-38 Тираж 100 экз Подписано в печать 12 09 2007 i

Содержание диссертации, кандидата биологических наук, Пронина, Виктория Владимировна

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ.

ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР.

1.1. Влияние газовой залежи на свойства пород и почв.

1.2. Магнитная восприимчивость почв.

1.2.1. Магнитные свойства веществ.

1.2.2. Магнитные свойства почв.

1.3. Вещественный состав почв и магнитная восприимчивость почв.

1.3.1. Магнитная восприимчивость почвообразующих пород.

1.3.2. Изменения магнитной восприимчивости в процессах выветривания пород.

1.3.3. Минералы железа в почвах.

1.3.4. Гранулометрический состав и магнитная восприимчивость.

1.3.5. Органическое вещество и магнитная восприимчивость.

1.4. Генезис и свойства магнитных соединений железа в почвах.

1.4.1. Лито генные магнитные оксиды железа.

1.4.2. Аэрогенные магнитные оксиды железа.

1.4.3. Педогенные магнитные оксиды железа.

1.5. Образование магнитных оксидов железа в почвах.

1.5.1. Механизм образование магнетита в почве.

1.5.2. Биологически контролируемая биоминерализация.

1.5.3. Биологически индуцируемая минерализация.

1.5.4. Восстановление железа метилотрофными микроорганизмами.

1.5.5. Биологическое окисление железа в почве.

ГЛАВА 2. ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

2.1. Характеристика объекта.

2.2. Методы исследования.

ГЛАВА 3. ПРИРОДНЫЕ УСЛОВИЯ, ФАКТОРЫ

ПОЧВООБРАЗОВАНИЯ, ПОЧВЕННЫЙ ПОКРОВ.

3.1. Климат.

3.2. Растительность.

3.3. Геологическое строение.

3.4. Геоморфология.

3.5. Почвообразующие породы.

3.6. Антропогенный фактор.

3.6.1. Антропогенный фактор формирования почв.

3.6.2. Техногенные источники магнитных оксидов железа в почве на территории ПХГ.

3.7. Почвенный покров.

ГЛАВА 4. РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ. ОБРАЗОВАНИЕ МАГНИТНЫХ ЖЕЛЕЗА В ПОЧВАХ ФОНОВЫХ И ГАЗОНОСНЫХ ТЕРРИТОРИЙ.

4.1. Основные профильные, пространственные, закономерности распределения магнитной восприимчивости и магнитной фракции в почвах фоновой территории.

4.2. Основные профильные, пространственные закономерности распределения магнитной восприимчивости и МФ в почвах газовой аномалии.

4.2.1. Магнитная восприимчивость и МФ в зоне рассеяния углеводородных газов.

4.2.2. Основные профильные, пространственные закономерности распределения % и МФ в почвах промышленной зоны.

4.3. Морфология магнитной фракции.

4.3.1. Морфология, химический состав, характер распределения и долевое участие различных групп магнитных частиц по профилю (агро)дерново-подзолистых почв фоновой территории.

4.3.2. Морфология, химический состав, характер распределения по профилю и долевое участие различных групп магнитных частиц в почвах газовой аномалии.

4.4. Биомасса, видовой состав микроорганизмов, условия образования магнитных оксидов железа в иллювиальных горизонтах агро, хемо, техно)дерново-подзолистых почв.

4.4.1. Биомасса и видовой состав микроорганизмов, Eh и содержание органического вещества в почвах фоновой территории.

4.4.2. Биомасса и видовой состав микроорганизмов, Eh, Сорг в почвах газовых аномалий.

4.5. Взаимосвязи магнитной восприимчивости с биомассой и видовым составом микроорганизмов.

ГЛАВА 5. СИНТЕЗ МАГНИТНЫХ ОКСИДОВ ЖЕЛЕЗА ПРИ

УЧАСТИИ ПРИРОДНОГО ГАЗА.

5.1. При добавлении метана и органического вещества.

5.2. Синтез магнитных оксидов железа при добавлении метана.

ВЫВОДЫ.

Введение Диссертация по биологии, на тему "Формирование магнитных оксидов железа в почвах при подземном хранении природного газа"

Быстрые темпы развития топливно-энергетического комплекса ведут к увеличению масштабов воздействия предприятий добычи, транспортировки и хранения природного газа на окружающую среду. Оценка влияния метана -основного компонента природного газа на окружающую среду, в том числе, на почвенный покров, требует устойчивых критериев мониторинга газоносных территорий. В настоящее время в качестве диагностических признаков таких территорий выступают лабильные, сильно варьирующие параметры функционирования почв, зависящие от гидротермических и технологических условий и являющиеся результатом цикличных и обратимых процессов (Можарова и др., 2005). Газовые, жидкие и биотические продукты функционирования быстро обновляются и не могут накапливаться в почве в значащих количествах. Поэтому актуальной задачей дальнейших исследований является поиск консервативных почвенных диагностических признаков газоносной территории. Такими признаками будут только твердые продукты функционирования, образованные вследствие неполной замкнутости, необратимости многих почвенных процессов внутри почвенной системы (Таргульян, Соколова, 1996). Один из способов решения вопросов об их

•5 . л, формировании - изучение явлений редукции Fe до Fe , варьирования Eh и формирования магнитных оксидов железа в почвах.

Цель исследования: выявить влияние метана - основного компонента природного газа на формирование магнитных оксидов железа в почвах над подземной искусственной газовой залежью.

Задачи исследования:

Выявить магнитные характеристики (магнитную восприимчивость, магнитную фракцию и ее свойства) почв над подземным хранилищем природного газа и фоновой территории.

Определить морфологическое строение, элементный состав и долевое участие основных структурных компонентов магнитной фракции почв с помощью электронной сканирующей и спектральной микроскопии.

Выявить биомассу и видовой состав микроорганизмов иллювиальных горизонтов почв над подземным хранилищем природного газа и фоновой территории.

Изучить взаимосвязи величины магнитной восприимчивости с биомассой и видовым составом микроорганизмов, содержанием органического вещества и Eh в почвах над подземным хранилищем природного газа и фоновой территории в нативных и лабораторных условиях. Выявить механизмы формирования педогенных магнитных оксидов железа в почвах.

Научная новизна исследования.

Впервые обнаружено формирование мелкодисперсных магнитных оксидов железа в иллювиальных горизонтах дерново-подзолистых почв над искусственной газовой залежью. С помощью электронной сканирующей и спектральной микроскопии определены форма, размер и элементный состав педогенных магнитных оксидов железа в почвах. Выявлены взаимосвязи изучаемого процесса с биомассой и видовым составом микроорганизмов.

Основные защищаемые положения.

В результате проведенного диссертационного исследования на защиту выносятся следующие положения:

• В почвах над подземным хранилищем природного газа результате взаимодействия техногенно-аллохтонного метана с газообразным, жидким, твердым и живым веществом почвенной системы формируются биогеохимические барьеры, на которых происходит увеличение магнитной восприимчивости и содержания магнитных минералов, обусловленное, главным образом, формированием педогенных магнитных оксидов железа. Картографически показаны изменения магнитной восприимчивости и содержание магнитной фракции в профиле почв в зависимости от литолого-геоморфологических условий. Наибольшие изменения этих показателей под влиянием техногенно-аллохтонного метана происходят в автоморфных, меньше в полугидроморфных почвах.

• В почвах фоновых территорий и над подземным хранилищем природного газа показано содержание, долевое участие, варьирование по почвенному профилю групп магнитных минералов железа различного генезиса. В почвах газовой аномалии на биогеохимических барьерах преобладающей является группа магнитных оксидов железа педогенного генезиса, представленная частицами, характеризующимися высокой дисперсностью, определенной формой, размером, элементным составом.

• В процессе окисления в почвах газоносных территорий происходит концентрирование углерода метана на биогеохимическом барьере, что проявляется в увеличении биомассы метанотрофных микроорганизмов, ведущего к пропорциональному росту метилотрофных микроорганизмов и ферментирующих железоредуктором, участвующих в восстановлении железа почвах; здесь же зафиксирована высокая вариабельность Eh почв. Выявлены взаимосвязи увеличения магнитной восприимчивости и содержания магнитной фракции в почвах с биомассой, видовым составом микроорганизмов, содержанием свежеобразованного органического вещества, варьированием Eh.

• В ходе модельных экспериментов подтверждено влияние природного газа на формирование магнитных оксидов железа в почвах.

Практическая значимость. Почвенно-геохимические твердофазные консервативные характеристики могут быть использованы при поиске месторождений природного газа, оценке герметичности подземных газохранилищ.

Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались и обсуждались на: IX Международной конференции студентов и аспирантов по фундаментальным наукам «Ломоносов-2002» (Москва, 2002), Всероссийской конференции «VII Докучаевские молодежные чтения. Человек и почва в XXI веке» (Санкт-Петербург, 2004), IV Всероссийском съезде Докучаевского общества почвоведов (Новосибирск, 2004), Международной научной конференции «Экология и биология почв» (Ростов-на-Дону, 2005), а также на заседаниях кафедры географии почв факультета почвоведения МГУ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, выводов, списка литературы, включающего 157 отечественных и 44 зарубежных работ, и приложения. Содержательная часть диссертации изложена на 123 страницах, иллюстрирована 26 рисунками, 10 таблицами.

Заключение Диссертация по теме "Почвоведение", Пронина, Виктория Владимировна

ВЫВОДЫ

1. Над искусственной газовой залежью в иллювиальных горизонтах дерново(агро, хемо, техно)-подзолистых почв происходит статистически значимое увеличение магнитной восприимчивости и содержания магнитной фракции в среднем в 2-4 раза по сравнению с фоновой территорией. Увеличение % обусловлено синтезом педогенного магнетита.

2. В составе магнитной фракции иллювиальных горизонтов дерново(агро, хемо, техно)-подзолистых почв обнаружены педогенные магнитные оксиды железа, представленные кокковидными бактериоморфными образованиями размером 70 (100.300)х100 (200.400) нм, сгруппированными в цепочечные агрегаты. В химическом составе преобладают Fe и О, среди примесных элементов присутствуют N и Си, как известно, характерные для биогенных структур.

3. Взаимодействие техногенно-аллохтонного метана с почвой сопровождается увеличением численности и общей биомассы микроорганизмов соответственно на порядок и в 2-3 раза.

Увеличение биомассы отдельных функциональных групп микроорганизмов в почвах газовой аномалии, по сравнению с фоновой территорией, составляет в среднем:

• метанотрофные микроорганизмы (Methylomonas albus, Methylococcus sp., Methylomonas sp.) - значимо увеличиваются в 2 раза;

• метилотрофные микроорганизмы {Pseudomonas fluorescens, P. putida, Nocardia sp., Mycobacterium sp. и др.) - значимо увеличиваются в 4 раза;

• ферментирующие железоредукторы {Clostridium difficile, C.propionicum, Micrococcus sp., Staphylococcus sp. и др.) - значимо увеличиваются в 2 раза.

В иллювиальных горизонтах (агро, хемо, техно)дерново-подзолистых почв на фоновой территории при Аэ>Ан в процессе восстановления Fe ведущая роль принадлежит ферментирующим железоредукторам, на территории газовой аномалии - метилотрофным микроорганизмам; при Аэ<Ан - ферментирующим железоредукторам.

4. В иллювиальных горизонтах (агро, хемо, техно)дерново-подзолистых почв газовой аномалии на биогеохимических барьерах интенсивно увеличивается биомасса метанотрофов, что сопровождается пропорциональным ростом метилотрофов, и ферментирующих железоредукторов, статистически значимо увеличивается содержание МФ, по сравнению с фоновой территорией. Результатом этих процессов является формирование новообразований педогенного магнетита. Промежуточным этапом образования магнетита является формирование Fe-органических комплексов, на что указывает высокая коррелятивная связь биомассы всех и отдельных рассмотренных групп микроорганизмов с

Синтез магнетита в почвах происходит при чередовании процессов увлажнения/иссушения, соответствующих анаэробным и аэробным периодам, переменном Eh по микролокусам, участии органического вещества. В почвах газовых аномалий варьирование Eh выше, чем в почвах фоновой территории.

124

Библиография Диссертация по биологии, кандидата биологических наук, Пронина, Виктория Владимировна, Москва

1. Александрова JI.H. Процессы взаимодействия гуминовых веществ с минеральной частью почв // Почвоведение. 1954. №9. С.23-34.

2. Алексеев О.А., Алексеева Т.В., Махер Б.А. Магнитные свойства и минералогия соединений железа в степных почвах // Почвоведение. 2003. № 1. С. 62-74.

3. Алексеев А.О., Ковалевская И.С., Моргун Е.Г., Самойлова Е.М. Магнитная восприимчивость почв сопряженных ландшафтов // Почвоведение. 1988. №8. С. 27-35.

4. Алексеев А.О., Ковалевская И.С., Моргун Е.Г., Самойлова Е.М. О возможности использования магнитной восприимчивости для изучения эволюции почв // Эволюция почв. Пущино: ОНТИ, 1996. С. 101-109

5. Аристовская Т.В. Микробиология подзолистых почв. М.: JL: Наука. 1965. 138 с.

6. Аристовская Т.В. Микробиология процессов почвообразования. JL: Наука. 1980. 96с.

7. Аристовская Т.В., Зыкина JI.B. Микроорганизмы как индикаторы процессов аккумуляции железа, алюминия и марганца в почвах // Почвоведение. 1979. №1. С.88-97.

8. Бабанин В.Ф. Магнитная восприимчивость основных почвенных типов СССР и использование ее в почвенных исследованиях: Автореф. дис. канд. биол. наук. М., МГУ. 1972. 25 с.

9. Ю.Бабанин В.Ф. Формы соединений железа в твердой фазе почв: дисс. на соиск. уч. ст. докт. биол .наук, М.: МГУ. 1986. 43 с.

10. П.Бабанин В.Ф., Васильев С.В., Иванов А.В., Седьмов Н.А. Магнитные микрочастицы в атмосфере и их аккумуляция поверхностью Земли // Тр.межд. симп. по аэрозолям. Вып. АТ-1: Атмосферные технологии. М., 1994. С. 69-81.

11. З.Бабанин В.Ф., Иванов А.В., Пухов Д.Э., Шипилин A.M. Магнитные свойства конкреций подзолистой поверхностно-оглеенной почвы // Почвоведение. 2000. №10. С. 1224-1232

12. Бабанин В.Ф., Трухин В.И., Карпачевский JI.O., Иванов А.В., Морозов В.В. Магнетизм почв. Ярославль: ЯГТУ, 1995. 223 с.

13. Бабьева И.П., Зенова Г.М. Биология почв. М.: Изд-во МГУ, 1989. 336 с.

14. Балашова В.В. Микоплазмы и железобактерии. Ин-т микробиологии, изд-во «Наука», Москва, 1974. 65 с.

15. Балашова В.В., Дубинина Г.А. Ультраструктура Metallogenium в чистой культуре // Микробиология. 1989. Т.58. Вып.5. С.841-846.

16. Батурин Г.Н., Дубинчук В.Т. Микроструктуры железо-марганцевых конкреций океана. Атлас микрофотографий, 1989. 118 с.

17. Биндюков В.Г. Пространственное варьирование содержаний подвижного железа в профиле почв подзолистого болотного типа. 1984. дис.

18. Биогенный магнетит и магниторецепция. Новое о биомагнетизме: Пер. с англ. /Под ред. Дж. Киршвинка, Д. Джонса, Б. Мак-Фаддена. В 2-х т. М., 1989.

19. Болотина И.Н. О роли марганецокисляющих микроорганизмов рода Metallogenium в процессах почвообразования // Вестник МГУ. Сер. 6, Биология, почвоведение. №2. 1976г. С.71-75.

20. Бухгалтер Э.Б., Дедиков Е.В., Бухгалтер Л.Б., Хабаров А.В., Будников Б.О. Экология подземного хранения газа. М.: МАИК, «Наука/Интерпериодика». 2002.431 с.

21. Вадюнина А.Ф., Бабанин В.Ф. Магнитная восприимчивость некоторых почв СССР//Почвоведение. 1974. №3. С. 139-145.

22. Вадюнина А.Ф., Бабанин В.Ф. Магнитная восприимчивость некоторых почв СССР // Почвоведение. 1972. №10. С. 55-66.

23. Вадюнина А.Ф., Корчагина З.А. Методы исследования физических свойств почв. М.: Агропромиздат, 1986. 415 с.

24. Васильев А.В., Семенов А.С. Магнитная восприимчивость почв. Уч. ЛГУ. Серия физ. и геол. наук. №286. 1970.

25. Верховцева Н.В Образование бактериями магнетита и магнитотаксис // Успехи микробиологии М.: Наука, 1992, т.25. С. 51-59

26. Верховцева Н.В. Трансформация соединений железа гетерогенными бактериями. Автореф. 1993. с.37.

27. Верховцева Н.В., Глебова И.Н., Морозов В.В. Накопление железа Seliberia stellata при различных условиях культивирования // Микробиология, т.57. Вып.1. 1988. С. 26-29.

28. Верховцева Н.В., Дубинина Г.А., Глебова И.Н. Трансформация соединений трехвалентного железа Leptotrix pseudoochraceae // Микробиология. Т.61.Вып.5. 1992. С.830-837.

29. Верховцева Н.В., Дубинина Г.А., Жукова Т.В. Трансформация цитрата-Fe(lll) Arthrobacter siderocapsulatus при различных условиях выращивания // Микробиология. Т.59. вып.1. 1990. С.79-83.

30. Верховцева Н.В., Филина Н.Ю., Осипов Г.А. Некоторые физиологические особенности и структура сообществ микроорганизмов, образующихмагнитоупорядоченные соединения железа // ВМУ. Сер.16. Биология. 2002. №3. С.33-39.

31. Вирина Е.И. Магнитные свойства плейстоеновых погребенных почв Молдавии и Приобъя. // Дисс. на соиск. уч. ст. канд. биол. наук. М.: ИФЗ. 1972.

32. Водяницкий Ю.Н. Гидроксиды железа в биогенных новообразованиях лесных почв русской равнины // Почвоведение. 2003а. №12. С. 1140-1452.

33. Водяницкий Ю.Н. Минералы железа в гранулометрических фракциях лесных почв русской равнины // Почвоведение. 20036. №6. С. 706-721.

34. Водяницкий Ю.Н. Образование оксидов железа в почве. М.: Почвенный институт им. В.В. Докучаева РАСХН, 2003в. 236 с.

35. Водяницкий Ю.Н. Образование ферромагнетиков в дерново-подзолистой почве//Почвоведение. 1981. №5. С.114-123.

36. Водяницкий Ю.Н. Оксиды железа и их роль в плодородии почв. М.: Наука. 1989. 160 с.

37. Водяницкий Ю.Н Химия и минералогия почвенного железа. М.: Почвенный ин-т им. Докучаева. 2003г. 238 с.

38. Водяницкий Ю.Н., Багин В.И. Взаимодействие ферромагнитных минералов с дерново-подзолистой суглинистой почвой // Почвоведение. 1977. №12. С. 31-38.

39. Водяницкий Ю.Н., Багин В.И. Изменение свойств ферромагнетитков в дерново-подзолистой почве // Почвоведение. 1978а. №6. С.42-47.

40. Водяницкий Ю.Н., Багин В.И. О роли титаномагнетита в магнетизме дерново-подзолистой почвы // Почвоведение. 19786. №11. С.73-76.

41. Водяницкий Ю.Н., Багин В.И., Мымрин В.А. Распределение ферромагнитных минералов в профиле подзолистой почвы // Почвоведение. 1983. №3. С.104-111.

42. Водяницкий Ю.Н., Большаков В.А., Сорокин С.Е., Фатеева Н.М. Техногенно-геохимическая аномалия в зоне влияния Череповецкого металлургического комбината// Почвоведение. 1995. №4. С. 498-507.

43. Водяницкий Ю.Н., Васильев А.А., Кожева А.В., Сатаев Э.Ф. Особенности поведения железа в дерново-подзолистых и аллювиальных оглеенных почвах почвах Среднего Предуралья // Почвоведение. 2002. №4. С.396-409.

44. Водяницкий Ю.Н., Добровольский В.В. Железистые минералы и тяжелые металлы в почвах. М.: Почвенный институт им.В.В.Докучаева РАСХН. 1998. 216с.

45. Водяницкий Ю.Н., Зайдельман Ф.Р. Железистые и марганцевые минералы в конкрециях дерново-подзолистых почв разной степени оглеение на разных материнских породах // Вестн. МГУ. Сер. 17. Почвоведение. 2000. №3. С. 312.

46. Водяницкий Ю.Н., Зайдельман Ф.Р Особенности распространения гидроксидов железа в почвах лесной зоны // ВМУ. Сер. 17. Почвоведение. 1998. №1. С. 32-37.

47. Водяницкий Ю.Н., Горячкин С.В., Лесовая С.Н. Оксиды железа в буроземах на красноцветных отложениях европейской России и цветовая дифференциация почв //Почвоведение. 2003а. №11. С. 1285-1299.

48. Водяницкий Ю.Н., Лесовая С.Н., Сивцов А.В. Гидроксидогенез железа в лесных почвах русской равнины // Почвоведение. 20036. №4. С. 465-475.

49. Водяницкий Ю.Н., Никифорова А.С., Зайдельман Ф.Р. Магнитная восприимчивость конкреций почв юга таежной зоны // Почвоведение. 1997. №12. С.1445-1453.

50. Водяницкий Ю.Н., Сивцов А.В. Образование педогенных (гидр)оксидов Fe и Мп: ферригидрита, ферроксигита, вернадита // Почвоведение. 2004. № 8. С. 986-999.

51. Возбуцкая А.Е. Химия почвы. М.: изд-во «Высшая школа». 1968. 228 с.

52. Воробьева Л.А. Химический анализ почв. М.: Изд-во МГУ, 1998.272 с.

53. Габов Д.Н., Безносиков В.А., Кондратенок Б.М., Бушнев Д.А. Идентификация полициклических ароматических углеводородов в почвах // Почвоведение. 2002. №11. С. 1305-1312.

54. Галстян А.Ш., Хачикян JLA., Оганесян Н.А. Ферментативное восстановление окиси железа почвенными микроорганизмами // Академия Наук Армянской ССР. Биологический журнал Армении. t.XXVI. №12. 1973. С.29-33.

55. Гальченко В.Ф. Метанотрофные бактерии. М. ГЕОС, 2001. 500 с.

56. Гальченко В.Ф., Андреев JI.B., Троценко Ю.А. Таксономия и идентификация облигатных метанотрофных бактерий. Пущино: Изд. НЦБИ, 1986. 96 с.

57. Геннадиев А.Н., Козин И.С., Шурубор Е.И., Теплицкая Т.А. Динамика загрязнения почв полициклическими ароматическими углеводородами и индикация состояния почвенных экосистем // Почвоведение. 1990. №10. С. 75-85.

58. Геннадиев А.Н., Олсон К.Р., Чернянский С.С., Джоуле P.J1. Количественная оценка эрозионно-аккумулятивных явлений в почвах с помощью техногенной магнитной метки // Почвоведение. 20026. №1. С. 21-35.

59. Геннадиев А.Н., Пиковский Ю.И., Флоровская В.Н., Алексеева Т.А., Козин И.С., Оглоблина А.И., Раменская М.Е., Теплицкая Т.А., Шурубор Е.И. География полициклических ароматических углеводородов в горных породах и почвах. М.: Изд-во МГУ, 1996. 196 с.

60. Геннадиев А.Н., Пиковский Ю.О., Чернянский С.С., Алексеева Т.А. Полициклические ароматические углеводороды в первичных компонентах фоновых почв Зауралья // География и окружающая среда. М.: ГЕОС, 2000. С.404-414.

61. Геннадиев А.Н., Пиковский Ю.В., Чепрнянский С.С., Ковач Р.Г. Формы и факторы накопления полициклических ароматических углеводородов впочвах при техногенном загрязнении (Московская область) // Почвоведение. 2004а. №7. С.804-818.

62. Геннадиев А.Н., Чернянский С.С., Ковач Р.Г. Сферические магнитные частицы как микрокомпоненты почв и трассеры массопереноса // Почвоведение. 20046. № 5. С. 566-580.

63. Геннадиев А.Н., Чернянский С.С., Пиковский Ю.И., Алексеева Т.А. Геохимия полициклических ароматических углеводородов в связи с гумусным и структурным состоянием почв // География и окружающая среда. Спб.: Наука, 2003. С.124-133.

64. Геннадиев А.Н., Чернянский С.С. Использование сферических магнитных частиц в качестве индикатора-метки при изучении катенарных почвенных сопряжений // Проблемы эволюции почв. Пущино: ОНТИ ПНЦ, 2002. С. 102-107.

65. Герасимова М.И., Строганова М.Н., Можарова Н.В., Прокофьева Т.В. Антропогенные почвы: генезис, география, рекультивация. Смоленск: Ойкумена, 2003.268 с.

66. Гипергенные окислы железа в геологических процессах / Под ред. Чухрова В.Ф. М: Наука, 1975. 207 с.

67. Глазовская М.А., Добровольская Н.Г. Геохимические функции микроорганизмов М., изд. МГУ, 1984. 152 с.Глебова И.Н. Магнитоупорядоченные формы соединений железа органогенных горизонтов. Дис.1984.

68. Глебова И.Н., Бабанин В.Ф., Карпачевский Л.О., Куткин И.А., Шоба С.А. О природе повышенного магнетизма органно-аккумулятивных горизонтов почв // Почвоведение. 1984. №3. С. 37-43.

69. Дедиков Е.В, Гноевых А.Н., Гасумов Р.В., Колосов А.К., Романова К.А., Суржикова О.Б. Нормативы образования отходов при бурении и капитальном ремонте скважин // Газовая промышленность. 2002. №5. С. 2224.

70. Дедыш С.Н. Метанотрофные бактерии кислых сфагновых болот // Микробиология. 2002. Т. 71. № 6. С. 741 754.

71. Добровольский Г.В., Терешина Т.В. О биологическом генезисе марганцовисто-железистых новообразований в почвах южной тайги // ВМУ. Сер. 6, биология, почвоведение. №3. 1976. С. 78-87

72. Добровольская Т.Г. Структура бактериальных сообществ почв. М.: МГУ, 2002. ИКЦ «Академкнига». 282 с.

73. Додонов А.Е., Горшков А.И., Верховцева Н.В., Сивцов А.В., Жоу Л.П. Некоторые данные о составе магнитных минералов погребенных почв южного Таджикистана. 1999.

74. Доронина Н.В., Иванова Е.Г., Сузина Н.Е., Троценко Ю.А. Метанотрофы и метилобактерии обнаружены в тканях древесных растений в зимний период // Микробиология. 2004. Т. 73. № 6. С. 817 824.

75. Звягинцев Д.Г. Методы почвенной микробиологи и биохимии. М.: МГУ, 1991. С.90-91,267-268.

76. Иванов А.В. Диагностика состояния железа в почвах методом ядерной гамма-резонансной спектроскопии. Дисс. на соиск. уч. ст. канд. биол. наук. М.: МГУ. 1984.

77. Иванов А.В. Магнитное и валентное состояние железа в твердой фазе почв. Автореф. дис. докт. биол. наук. М., 2003. 41с.

78. Иванов И.В. Геохимическая дифференциация ландшафтов Волгоградского побережья и ее учет при поисках нефти и газа. Автореф. дисс. канд. геогр. наук, М., 1969.

79. Камнев А.А., Перфильев Ю.Д. Физико-химические и экологические аспекты взаимодействия индолинОЗ-уксусной кислоты с железом (III) // ВМУ. Сер.2. Химия. 2000. Т.41. №3. С.205-210

80. Караванова Е.И., Белялина JI.A., Шапиро А.Д., Степанов А.А. Влияние подстилок на подвижность соединений цинка, меди, марганца и железа в верхних горизонтах подзолистых почв // Почвоведение. 2006. №1. С.43-51

81. Карпачевский JI.O., Бабанин В.Ф., Гендлер Т.С., Опаленко А.А., Кузьмин Р.Н. Диагностика железистых минералов почв при помощи мессбауэровской спектроскопии. // Почвоведение. 1972. №10. С. 110-120.

82. Карпачевский JI.O. Пестрота почвенного покрова в лесном биогеоценозе. М.: МГУ. 1977.312 с.

83. Кауричев И.С., Карпачевский JI.O., Ларешин В.Г., Набе А.И., Бабанин В.Ф., Романюк А.А. Содержание и формы соединений железа в ферралитных почвах Гвинеи. Известия ТСХА. 1989. вып.5. С. 69-78.

84. Кауричев И.П., Орлов Д.С. Окислительно-восстановительные процессы и их роль в генезисе и плодородии почв. М.: Колос, 1982. 247 с.

85. Кауричев И.С., Тарарина Л.Ф., Бирюкова В.А. Влияние органического материала на развитие редокс процессов в почве в стерильных условиях при анаэробиозе // Известия ТСХА. Выпуск №3. 1977. С. 109-111.

86. Келлерман В.В., Цурюпа И.Г. К вопросу о прочности связей железистых пленок с минералами, встречающимися в почве // Почвоведение. 1962. №8. С.7-13.

87. Классификация и диагностика почв России / Шишов Л.Л., Тонконогов В.Д., Лебедева И.И., Герасимова М.И. Смоленск: Ойкумена, 2004. 342 с.

88. Ковда И.В., Моргун Е.Г., Жоне А.-М., Тессье Д. Опыт субмикроскопического исследования железистых новообразований в слитоземах Центрального Предкавказья // Почвоведение. 1998.-№ 6. С.658-668.

89. Ковда И.В., Моргун Е.В. Трансформация соединений железа в вертисолях // Тез. Докл. Междунар. Совещ. «Железо в почвах». Ярославль. 1999.

90. Ковда В.А., Славин П.С. Теоретические основы почвенно-геохимических показателей нефтеносности // Почвенно-геохимические методы поиска нефтяных месторождений. М.: Издательство АНСССР, 1953. С.3-151.

91. Ковда В.А., Славин П.С. Почвенно-геохимические аномалии в районе нефтяных месторождений // Геохимические методы поисков нефтяных и газовых месторождений. М.: Изд-во АН СССР, 1959. С. 386 389.

92. Костенков Н.М. Окислительно-восстановительные режимы в почвах периодического увлажнения. М.:Наука, 1987. 192 с.

93. Костенков Н.М., Стрельченков Н.Е. Окислительно-восстановительное состояние переувлажняемых почв и трансформация некоторых элементов. Владивосток: Дальнаука. 1992. 94 с.

94. Кузнецов С. И., Дубинина Г. А. Методы изучения водных микроорганизмов. М., 1989. с. 239.

95. Кузьмин Ю.О., Никонов А.И. Эколого-геодинамическая опасность подземных хранилищ газа // Информационное обеспечение и рациональное природопользование. М.: Единство, 2001. С. 163-171.

96. Логинов Л.Ф. Роль гуминовых кислот в формировании окислительно-восстановительных условий в природных процессах // 1992. С. 72-75.

97. Лукшин А.А., Румянцева Т.И. Изменение удельной магнитной восприимчивости по почвенному разрезу // Тр. Ижевск. СХИ. Материалы научн. конф. агрономического фак-та. Вып.10. 1964.

98. Лукшин А.А., Румянцева Т.И., Ковриго В.П. Магнитная восприимчивость основных типов почв Удмуртской АССР //Почвоведение. 1968.№1. С. 93-98.

99. Лыков О.П., Голубева И.А., Мещеряков С.В. «Охрана окружающей среды при обслуживании технологических и передвижных компрессоров и работе компрессорных станций», М.: Ноосфера, 2000;

100. Малашенко Ю.Р., Романовская В.А., Богаченко В.Н., Хотян Л., Волошин Н.В. Особенности углеродного питания микроорганизмов, растущих на природном газе // Микробиология. 1973. Т. 42. С. 405 -408.

101. Малашенко Ю.Р., Романовская В.А., Троценко Ю.А. Метанокисляющие микроорганизмы. М.: Наука, 1978. 197 с.

102. Матинян Н.Н., Русаков А.В., Смекалова Т.Н. Опыт использования магнитных характеристик почв для диагностики современного и древнего гидроморфизма // Тез. Докл. Междунар. Совещ. «Железо в почвах». Ярославль. 1999

103. Методические рекомендации по выявлению деградированных и загрязненных земель // Сборник нормативных актов "Охрана почв". М.: изд-во РЭФИА, 1996. с. 174-196.

104. Минералы. Справочник // Том 2 // Выпуск 3 // сложные окислы, титанаты, ниобаты, танталаты, антимонаты, гидроокислы // «Наука». Москва. 1967. Академия наук СССР. Институт геологии рудных месторождений, петрографии, минералогии и геохимии.

105. Минералы СССР. Том 1, Самородные элементы, из-во Академии Наук СССР, Москва-Ленинград, 1940. гл.ред А.Е.Ферсман, редактор тома 1 Смольянинов Н.А.

106. Минько О.И. Образование углеводородсодержащих газов и водорода переувлажненными почвами. Дис. канд. биол. наук. М., 1987. 176 с.

107. Могилевский Г.А. Микробиологический метод поисков газовых и нефтяных залежей. М.: Гостоптехиздат, 1953. 56 с.

108. Можарова Н.В., Кулагина Е.Г. Трансформация почвенного покрова подземных газохранилищ // Почвоведение. 2000. №1. С. 10 -18.

109. Можарова Н.В., Кулачкова С.А., Пронина В.В. Специфика функционирования почвенного покрова газоносных территорий // ВМУ. 2005, сер. 17. №З.С.9-19.

110. Морозов В.В. Изоморфные замещения и магнетизм почвенных минералов, почв и пород. // Тез. Докл. Междунар. Совещ. «Железо в почвах». Ярославль. 1999.

111. Морозов В.В. Минералогия соединений желез в почвенных новообразованиях по данным мессбауэровской спектроскопии и магнитных измерений. Дисс. на соиск. уч. ст. канд. Биол .наук. М.: МГУ. 1991.

112. Недбаев Н.П. Влияние подкисления на состояние Al, Fe и Мп в почвах лесных биогеоценозов. 1995. Дис.

113. Никонов А.И. Роль геодинамических процессов в функционировании подземных хранилищ газа. Дис. канд. геолого-минералогических наук. М., 2003.

114. Оборин А.А., Рубинштейн JI.M., Хмурчик В.Т., Чурилова Н.С. Концепция организованности подземной биосферы. Екатеринбург. УрО РАН. 2004. 147 с.

115. Определитель бактерий Берджи. В 2-х т. Пер. с англ. / Под ред. Дж. тулта, Н. Крига, П Снита, Дж. Стейли, С.Уильямса. М.: Мир. 1997. ")рлов Д.С. Химия почв. М.: МГУ. 1985. 376 с.

116. Осипов Г.А., Назина Т.Н., Иванова А.И. Изучение видового состава микробного сообщества нефтяного пласта методом хромато-масс-спектрометрии // Микробиология. 1994. Т. 63. Вып. 5. С. 876-882.

117. Осипов Ю.Б. Магнетизм глинистых грунтов. М.: Недра. 1978. 136 с.

118. Паников Н.С., Семенов А.И., Тарасова A.J1, Беляев А.С., Кравченко И.К., Смагина М.В, Палеева М.В., Зеленев В.В., Скупченко И.В. Образование и потребление метана в почвах Европейской части СССР // Экологическая химия. 1992. № 1. С 9-36.

119. Перельман А.И. Геохимия ландшафтов. М.: Высшая школа. 1975. 342 с.

120. Основы теории геохимических полей углеводородных скоплений / Под ред. А.В.Петухова, И.С. Старобинца. М.:Недра. 1993. 332 с.

121. Пиковский Ю.И. Природные и техногенные потоки углеводородов в окружающей среде. М: Изд. МГУ, 1993. 208 с.

122. Пиковский Ю.И., Геннадиев А.Н., Чернянский С.С., Сахаров Г.Н. Проблема диагностики и нормирования загрязнения почв нефтью и нефтепродуктами //Почвоведение. 2003. №9. С. 1132-1140.

123. Прямые методы поисков нефти и газа. М.: Недра, 1964

124. Почвы Московской области и их использование. Т.1. / ред. Шишов JI.JL, Войтович Н.В. М.: Почвенный институт им. В.В.Докучаева, 2002. 500 с.

125. Проект Международного стандарта ISO: Методы отбора проб при оценке загрязнения почв. М.: ЦИНАО, 1994.

126. Пухов Д.Э. Роль микроорганизмов в формировании сильномагнитных почвенных новообразований. Автореферат дисс. на соиск. канд. биол. наук. М. 2004 с. 25.

127. Румянцева Т.И. Магнитная восприимчивость почв Удмуртской АССР. Автореф. дис. канд. с.-х. наук. М. 1971.

128. Савенко B.C. О процессах формирования железо-марганцевых конкреций (физико-химический анализ) // Геохимия. 1990. №8.

129. Савич В.И., Кауричев И.С., Шишов JT.JT., Амергужин Х.А., Сидоренко О.Д. Окислительно-восстановительные процессы в почвах, агрономическая оценка и регулирование. // Костанай. 1999г. 404 с.

130. Савич В.И., Кауричев И.С., Шишов JT.JL, Никольский Ю.Н., Романчик Е.А. Агрономическая оценка окислительно-восстановительного состояния почв // Почвоведение. 2004. №6. С. 702-712.

131. Седьмое Н.А. Магнетизм микрочастиц из атмосферных выаадений из атмосферных выпадений, осадочных горных пород и почв: Афвтореф. дисс. физ.-мат. наук. Москва. 1989.

132. Сердобольский И.П. Окислительно-восстановительные и щелочно-кислотные условия глееобразования // Труды почвенного института им.В.В.Докучаева. Том XXXI, 1950. С.73-81.

133. Славин И.С. Опыт исследования окислительно-восстановительного потенциала (ОВП) осадочных пород в связи с проблемой нефтегазоносности // Вопросы геологии и эксплуатации нефтяных месторождений Туркмении Труды. 1953. Выпуск 5. С.97-122.

134. Слободкин А.И., Чистяков Н.И., Русаков B.C. Высокотемпературная микробная сульфатредукция может сопровождаться образованием магнетита //Микробиология. 2004. том 73. С.553-557.

135. Смирнов Ю.А. Магнитные свойства почв и их связь с формами железа в почвах. Дисс. на соиск. уч. ст. канд. биол. наук. М.: МГУ. 1978.

136. Тарарина Л.Ф. Влияние гуминовой кислоты и гуматов некоторых металлов на окислительно-восстановительные процессы в почве // Почвоведение. 1991. с. 68-70.

137. Таргульян В.О., Соколова Т.А. Почва как биокосная природная система: «Реактор», «Память», и «Регулятор биосферных взаимодействий» // Почвоведение. 1996. №1, с.34 -47.

138. Троценко Ю.А., Иванова Е.Г., Доронина Н.В. Аэробные метилотрофные бактерии как фитосимбионты //Микробиология. 2001. т.70. № 6. С. 725-736.

139. Филина Н.Ю. Биология и экология бактерий, образующих магнитоупорядоченные соединения железа, дис. канд. биол. наук. М. 1998.

140. Холодный Н.Г. Железобактерии. Изд-во академии Наук СССР. Москва. Ин-т микробиологии. 1953.223с.

141. Чернянский С.С., Геннадиев А.Н., Алексеева Т.А., Пиковский Ю.И. Органопрофиль дерново-глеевой почвы с высоким уровнем загрязнения полициклическими ароматическими углеводородами // Почвоведение. 2001. №11. С.1312-1322.

142. Шахобова Б.Б. Восстановление трехвалентного железа культурами грибов и актиномицета // Почвоведение. 1976. №8. С.145-149

143. Шурубор Е.И. Полициклические ароматические углеводороды в системе почва-растение района нефтепереработки (Пермское Прикамье) // Почвоведение. 2000. №12. С.1509-1514.

144. Щелочков А.Г. Физико-химическое исследование процессов комплексообразования и окислительной деструкции индолил-3-уксусной кислоты. Автореф. канд. дисс., Саратов, 2004. 23 с.

145. Bazylinski, D. А. 1984. Ph.D. dissertation. University of New Hampshire. Durham.

146. Bazylinski D.A., Blakemore R.P. Denitrification and assimilatory nitrate reduction in Aquaspirillum magnetotacticum. Appl Environ Microbiol 46:11181124. 1983.

147. Bazylinski D. A., Frankel R. В., Jannasch H. W. Anaerobic magnetite production by marine, magnetotactic bacterium. Nature (London) 1988. 334:518519.

148. Bazylinski D.A., Moskowitz B.M. Microbial biomineralization of magnetic iron minerals: microbiology, magnetism and environmental significance // Rev. Mineral. 1997. № 35. PP. 181-223.

149. Mandernack K.W., Bazylinski D.A., Shanks III W.C., Bullen T.D. Oxygen and iron isotope studies of magnetite produced by magnetotactic bacteria. Science. 1999. №285. PP. 1892-1896.

150. Bell P.E., Mills A.L., Herman J.S. Biogeochemical conditions favoring magnetite formation during anaerobic iron reduction. Appl. Environ. Microbiol. 1987. 53:2610-2616.

151. Blakemore R.P. Magnetotactic bacteria. Science. 1975. V. 190. № 4212. p.377-379.

152. Blakemore R. P. Magnetotactic bacteria. Annu. Rev.Microbiol. 1982. 36:217238.

153. Blakemore R.P., Short K.A., Bazylinski D.A., Rosenblatt C., Frankel R.B. Microaerobic conditions are required for magnetite formation within Aquaspirillum magnetotacticum. Geomicrobiol. J. 1985. 4:53-71.

154. Devouard В., Posfai M., Hua X., Bazylinski D.A., Frankel R.B., Buseck P.R. Magnetite from magnetotactic bacteria: size distributions and twinning. Am Mineral 1998.83:1387-1398.

155. Fine P., Singer M.J., Verosub K.L. Use of magnetic-susceptibility measurements in assessing soil uniformity in Chronosequence studies // Soil sci.soc. am.j. Vol. 56. Luly-August. 1992. P.l 195-1199

156. Fiscer W.R. Microbiological reaction of iron in soils/Iron in soils and clay minerals /NATO ASI / Series C. 1985.V. 217. PP. 272-293.

157. Frankel R. B. Anaerobes pumping iron. Nature (London). 1987. 330:208.

158. Frankel R. В., Blakemore R. P. 1989. Magnetite and magnetotaxis in microorganisms. Bioelectromagnetics 10:223-237.

159. Gazaryan I.G., Lagrimini L.M., Ashby G.A., Thorneley R.N.F. Mechanism of indole-3-acetic acid oxidation by plant peroxidases: anaerobic stopped-flowspectrophotometric studies on horseradish and tobacco peroxidases // Biochem. J. 1996.313. PP. 841-847.

160. Jones, J. G., S. Gardener, and В. M. Simon. Reduction of ferric iron by heterotrophic bacteria in lake sediments. J. Gen.Microbiol. 1984. 130:45-51.

161. Konhauser К. O. Bacterial iron biomineralisation in nature. FEMS Microbiology Reviews 20, 1997. 315-326.

162. Kopp B. Biomineralization in magnetotactic bacteria. 2001. C.l-11. http://www.gps.caltech.edu/~rkopp/collegepapers/biomagnetite.pdf

163. Le Borgne E. Susceptibilite magnetiqe anormale du soil super ficiel. Ann geophys. v.ll. №4. 1955.

164. Le Borgne E. The influence of iron on the magnetic properties of the soil and on those schists and granite//Ann. De Geophys. T.16. F. 2. 1960. PP.159-195.

165. Lovley D. R. Magnetite formation during microbial dissimilatory iron reduction. 1990. p. 151-166. In R. B. Frankel and R. P. Blakemore (ed.), Iron biominerals. Plenum Publishing Corp., New York.

166. Lovley D.R. Dissimilatory Fe III and Мп IV reduction // Microbiol. Rev. 1991. Vol. 55. № 2. PP. 259-287.

167. Lovley D.R. Dissimilatory reductionof iron and uranium // Spanish Sosiety for Microbiologi. Trends in microbial ecology, phisiological ecology. 1993. Р.71-74/

168. Lovley D.R. Microbial reduction of iron, manganese, and other mettals // Adv. Agronomy. 1995. V.54. P. 175-231.

169. Lovley, D. R., M. J. Baedecker, D. J. Lonergan, I. M. Cozzarelli, E. J. P. Phillips, and D. I. Siegel. Oxidation of aromatic contaminants coupled to microbial iron reduction. Nature (London) 339:297-299. 1989.

170. Lowenstam H.A. Minerals formed by organisms. Science № 211: 1981. PP. 1126-1131.

171. Maher B.A., Taylor R.M. Formation of ultra-fine grained magnetite in soils // Nature. 1988. 336. PP. 368-370.

172. Maher B.A., Thompson R. Paleoraifall reconstructions from pedogenic magnetic susceptibility variations in the Chinese loess and paleosols // Quaternary research. 1995.44. PP. 383-391.

173. Matsunaga Т., Tsujimura N. Respiratory inhibitors of a magnetic bacterium Magnetospirilium sp. AMB-1 capable of growing aerobically. Appl Microbiol Biotechnol 1993.39:368-371.

174. Mozharova N. Soils of gas-bearing areas (properties, classification, geography) / The 4th International Conference on Soils of Urban, Industrial, Traffic, Mining and Military Areas. 2007. Nanjing, China.

175. Ottow J. C. G., and von Klopotek A. Enzymatic reduction of iron oxide by fungi. Appl. Microbiol. 196918:41-43.

176. Pearsall D.M. Paleoethnobotany. A handbook of procedures, second edition // Department of anthropology, University of Missouri-Columbia, Academic press. A Harcourt science and technology company/ 2002. 700 p.

177. Sakaguchi H., Hagiwara H., Fukumori Y., Tamaura Y., Funaki M., Hirose S. Oxygen concentrationdependent induction of a 140-kDa protein in magnetic bacterium Magnetospirillum magnetotacticum MS-1. FEMS Microbiol Lett. 1993. 107:169-174.

178. Singer M.J., Fine P. Pedogenic factors affecting magnetic susceptibility of Northern California soils // Soil sci.soc. am.Vol. 53. Luly-August. 1989. P.l 1191127.

179. Schwertmann U. Some properties of soil and syntetic iron oxides // Ironin soil and clay minerals. Dordrecht: Reidel, 1988. P. 203-250.

180. Schwertmann, U. Occurrence and formation of iron oxides in various pedoenvironments, 1988. p. 267-308. In Stucki J. W., Goodman B. A., and Schwertmann U. (ed.). Iron in soils and clay minerals. D. Reidel Publishing Co., Boston.

181. Schwertmann U., Taylor R.M. Iron oxides. In: Dixon JB, Weed SB (eds) Minerals in soil environments, 2nd edn. (SSSA book series nr. 1) Soil Science Society of America, Madison, Wisconsin,. 1989. pp 370-438.

182. Spring S., Amann R., Ludwig W., Schleifer K.H., van Gemerden H., Petersen N. Dominating role of an unusual magnetotactic bacterium in the microaerobic zone of a freshwater sediment. Appl Environ Microbiol 59:23972403.1993

183. Short, K. A., and R. P. Blakemore. 1986. Iron respirationdriven proton translocation in aerobic bacteria. J. Bacteriol.l67:729-731.

184. Taylor R.M., Schwertmann U. Maghemit in soils and its origin. 11. Maghemite sinteses at ambient temperature and pH 7 // Clay Minerals. 1974. Vol.10. №4. P.

185. Vargas M., Kashefi K., Blunt-Harris E.L., Lovley D.R. Microbiological evidence for Fe(III) reduction on early Earth // Nature. 1998. 39. PP. 65-67.1. Фондовые материалы

186. Кадетов O.K. Геоморфологическая карта района исследований. М 1 : 25000

187. Баландин С.А. Геоботаническое исследование территории ПХГ, 1999.

188. Топографическая карта района исследований. М 1 : 25000. Географический факультет МГУ им. М.В.Ломоносова.

189. Никонов А.И. Карта вертикальной и горизонтальной трещиноватости геологических структур района исследования. Институт нефти и газа РАН.