Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Изменение свойств темно-серой лесной почвы в результате загрязнения нефтепродуктами и биодеструкции углеводородов микробной ассоциацией

ВАК РФ 03.02.08, Экология (по отраслям)

Автореферат диссертации по теме "Изменение свойств темно-серой лесной почвы в результате загрязнения нефтепродуктами и биодеструкции углеводородов микробной ассоциацией"

На правах рукописи

Заушинцен Антон Сергеевич

ИЗМЕНЕНИЕ СВОЙСТВ ТЕМНО-СЕРОЙ ЛЕСНОЙ ПОЧВЫ В РЕЗУЛЬТАТЕ ЗАГРЯЗНЕНИЯ НЕФТЕПРОДУКТАМИ И БИОДЕСТРУКЦИИ УГЛЕВОДОРОДОВ МИКРОБНОЙ АССОЦИАЦИЕЙ

Специальность 03.02.08 - Экология (биология)

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Красноярск - 2014

Работа выполнена на кафедре зоологии и экологии ФГБОУ ВПО «Кемеровский государственный университет».

Научный руководитель: доктор педагогических наук, профессор

Скалой Николай Васильевич

Петухова Галина Александровна, Официальные оппоненты: доктор биологических наук, доцент,

ФГБОУ ВПО «Тюменский государственный университет», кафедра экологии и генетики, профессор

Фомина Наталья Валентиновна,

кандидат биологических наук, доцент ФГБОУ ВПО «Красноярский государственный аграрный университет», кафедра ландшафтной архитектуры и агроэкологии, доцент

Ведущая организация: ФГБОУ ВПО «Тюменский государственный

архитектурно-строительный университет»

Защита состоится 26 декабря 2014 г. в 09ш на заседании диссертационного совета Д 220.037.04 при ФГБОУ ВПО «Красноярский государственный аграрный университет» по адресу: 660049, г. Красноярск, проспект Мира, 90, факс: (391) 227-36-09, e-mail: dissovet@kgau.ru

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Красноярский государственный аграрный университет» и на сайте www.kgau.ru

Автореферат разослан « 36 » октября 2014 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

Г.А. Демиденко

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Нефть и нефтепродукты, являясь основными источниками загрязнения, нарушают экологическое состояние почвенного покрова и деформируют структуру биогеоценозов (Терещенко, 2002).

В Кемеровской области основной причиной загрязнения почвы углеводородами являются: строительство и пуск трёх нефтеперерабатывающих заводов, утечка горюче-смазочных материалов из ёмкостей старых заправочных станций, построенных почти 60 лет назад, выбросы сточных вод, загрязненных нефтепродуктами угольных, металлургических, машиностроительных и других промышленных предприятий. Поскольку большинство нефтепродуктов и компонентов нефти обладают биокумулятивностью, токсичностью и канцерогенностью, то они представляют реальную угрозу для живых организмов и для населения.

При загрязнении почвы увеличиваются площади техногенных ландшафтов, резко снижается биологическое разнообразие животного, растительного мира и микробоценозов, ухудшаются качество гумусового слоя, физические, вводно-физические, биологические свойства и функции почвы, разрушаются сложившиеся на протяжении столетий трофические цепи. Исследованиями ученых установлено, что процесс естественного разрушения нефти в условиях северных регионов длится не менее 25 лет (Зубайдуллин, 1998). Поэтому востребованы новейшие технологии рекультивации земель, но чтобы их обосновать, необходимы сведения по поведению нефтепродуктов в почвенной среде, реакции живых систем (микроорганизмов, растений, животных) на загрязнение почвы. Исследования актуальны применительно к конкретным почвам и природным зонам.

Цель исследований: Оценка трансформации свойств темно-серой лесной почвы в результате загрязнения нефтепродуктами и биодеструкции углеводородов микробной ассоциацией.

Задачи исследований:

- выбрать эффективный биотест из числа однолетних злаковых травянистых растений, пригодный для тестирования почв, загрязненных нефтепродуктами;

- установить степень трансформации физических, водно-физических, химических свойств темно-серой лесной почвы под воздействием углеводородных загрязнителей;

- выявить реакцию растений и почвенных животных на загрязнение почвы нефтепродуктами;

- исследовать эффективность микробной ассоциации биопрепарата марки «Биоойл-Югра» для активизации процессов восстановления утраченных свойств почвы.

Научная новизна выполненной диссертации заключается в том, что впервые на юге Западной Сибири проведена комплексная оценка трансформации свойств темно-серой лесной почвы, загрязненной нефтепродуктами (отработкой минерального масла и дизельным топливом).

Выбран эффективный биотест среди овса посевного (Avena sativa) - сорт Фобос, имеющий высокую чувствительность к нарушению химического состава почв и водных сред, загрязненных нефтепродуктами.

Установлено значительное влияние нефтепродуктов на физические, водно-физические свойства почвы, содержание основных макроэлементов.

Установлено, что в результате загрязнения темно-серой лесной почвы нефтепродуктами, численность видов растений разнотравно-лугового фитоценоза существенно снизилась. Начало восстановления видового состава отмечено на 3-й год исследований.

Установлено, что активность ферментов целлюлозы, дегидрогеназы, каталазы и уреазы хорошо отражает степень воздействия разных по химическому составу углеводородных загрязнителей на динамику почвенных свойств и способность почвы к самоочищению.

Установлено положительное влияние ассоциации микроорганизмов биопрепарата марки «Биоойл-Югра» на динамику макроэлементов, накопление биомассы растений, биологическую активность почвенных ферментов.

Положения, выносимые на защиту:

1. Овёс посевной (Avena sativa) сорта Фобос -высокочувствительный биотест к нарушению химического состава почв и водных сред, загрязненных нефтепродуктами.

2. Загрязнение темно-серой лесной почвы нефтепродуктами приводит к изменению физических, водно-физических, химических и биологических свойств.

3. Биопрепарат марки «Биоойл-Югра» активизирует процессы восстановления утраченных свойств и экологических функций почвы.

Практическая значимость работы. Полученные знания используются в учебном процессе по дисциплинам «Экология почв» и «Биотехнология растений». В 2012-2013 гг. на территории накопителя жидких отходов ООО «Юргинский машиностроительный завод» (Кемеровская обл.) апробирована и внедрена технология биологической рекультивации почвы, загрязненной разливами дизельного топлива на площади 0,12 га и отработки моторного масла на площади 0,57 га. Результаты внедрения показали высокую эффективность технологии.

Апробация работы. Материалы диссертации обсуждались на научно -методическом семинаре кафедры зоологии и экологии Кемеровского государственного университета (г. Кемерово, 2010-2014 гг.), на IX Международной научно-технической конференции «Современные проблемы экологии» (г. Тула, 2013), на Международной конференции «Биодиагностика в экологической оценке почв и сопредельных сред» (г. Москва, 2013), на Всероссийской научной конференции «Природа и экономика Кемеровской области и сопредельных территорий» (г. Новокузнецк, 2013). Результаты исследований внедрены в учебный процесс по дисциплинам биотехнология растений и экология почв на биологическом факультете Кемеровского государственного университета и в качестве элементов технологии

биологической рекультивации почв, загрязненных нефтепродуктами в ООО «Юргинский машиностроительный завод» (Кемеровская обл.).

Объем и структура диссертации. Диссертационная работа изложена на 155 страницах компьютерного текста, содержит 27 таблиц, 47 рисунков, 5 приложений. Работа состоит из 6 глав, выводов, рекомендаций, библиографического списка и приложений. Библиографический список включает 195 наименований, в том числе 44 -иностранных авторов.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 9 научных работ, в том числе 3 в рецензируемых научных изданиях, рекомендованных ВАК РФ, общим объемом 1,4 печатных листов.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

1. Влияние углеводородных загрязнителей на свойства и экологические функции почвы

В главе представлен обзор научной литературы по влиянию нефтепродуктов на физические, химические свойства почвы, состояние растительного покрова, поведенческую реакцию почвенных животных (дождевых червей), ферментативную активность почв. Рассмотрены приемы рекультивации и ремедиации почвы от загрязнения углеводородами с использованием растений и микроорганизмов.

2. Условия, материал, методы исследований

Исследования проведены на полевом полигоне ФГБОУ ВПО «Кемеровский государственный университет» в 2010-2013 гг. в рамках Государственного задания Министерства науки и образования на выполнение НИР: Фундаментальные научные исследования на 2010-2011 гг. (Регистрационный номер НИР- 4.2625.2011) и на 2012-2014 гг. (Номер государственной регистрации - 01201263115).

Погодные условия в период проведения исследований отличались нестабильностью по годам и в пределах одного вегетационного периода: 2010 г.- по среднемесячной температуре близок к средней многолетней норме, но с недостатком осадков в мае и июне (на 44,1-61,0%), сильным избытком в июле (на 94,3%), августе (на 17,7%); 2011 г.- значительное превышение в июне (на 2,9°С), недостаток осадков во все месяцы с мая по октябрь, кроме июня и августа; 2012 г. - острая засуха в течение всего изучаемого периода; 2013 г. -был значительно холоднее обычного в мае и июле (на 1,4 - 1,7 °С), близок к норме - в июне, но теплее (на 1,2-2,9 °С) - в августе - октябре. Количество осадков было значительно выше, чем обычно, - на 43,2 - 127,4 %.

Объекты исследований: почва, загрязненная отработкой моторного масла и дизельным топливом в концентрациях 1%, 5% и 10% к массе почвы толщиной 0-20 см и биологический препарат ассоциации микроорганизмов-деструкторов углеводородных загрязнителей марки «Биоойл-Югра».

Участок, выбранный для исследований, представлен молодой залежью, сформированной с 2004 по 2010 гг. Растительный покров - с характерной

луговой разнотравно-злаковой растительностью. Почва - темно-серая лесная тяжелосуглинистого гранулометрического состава с мощностью гумусово-аккумулятивных горизонтов (An +А1)- 57 см, со средним содержанием гумуса-7,4%; азота нитратного - 38,5 мг/кг; фосфора подвижного- 87,8; калия подвижного - 185 мг/кг почвы.

Исследования проведены на делянках площадью Зм" (1,5 х 2) в 4 повторениях. Между ними организована буферная зона для предотвращения попадания нефтепродуктов на любую из них. Для равномерного распределения нефтепродуктов изготовили деревянные каркасы по размерам делянок, пропитали их нефтепродуктами и использовали по назначению, вдавив в почву на 3-4 см. На следующий день после разлива нефтепродуктов, на загрязненные делянки с обозначением буквой «О» (опыт) внесли ассоциацию микроорганизмов - деструкторов торговой марки «Биоойл-Югра».

Условные обозначения вариантов опыта: ММ - отработка минерального масла; ДТ - дизельное топливо; Кобщ. - общий контроль. Почва на делянке не загрязнена нефтепродуктами и не внесены микроорганизмы -деструкторы; I.K - почва, загрязнена отработкой минерального масла в концентрации 1% к массе почвы слоем 0-20 см; 1.0 - почва загрязнена отработкой минерального масла в концентрации 1% к массе почвы слоем 0-20 см и обработана ассоциацией микроорганизмов марки «Биоойл-Югра»; 2.К -почва, загрязнена отработкой минерального масла в концентрации 5% к массе почвы слоем 0-20 см; 2.0 - почва загрязнена отработкой минерального масла в концентрации 5% к массе почвы слоем 0-20 см и обработана ассоциацией микроорганизмов марки «Биоойл-Югра»; З.К - почва, загрязнена отработкой минерального масла в концентрации 10% к массе почвы слоем 0-20 см; 3.0 -почва загрязнена отработкой минерального масла в концентрации 10% к массе почвы слоем 0-20 см и обработана ассоциацией микроорганизмов марки «Биоойл-Югра»; 4.К - почва, загрязнена дизельным топливом в концентрации 1% к массе почвы слоем 0-20 см; 4.0 - почва загрязнена дизельным топливом в концентрации 1% к массе почвы слоем 0-20 см и обработана ассоциацией микроорганизмов марки «Биоойл-Югра»; 5.К - почва, загрязнена дизельным топливом в концентрации 5% к массе почвы слоем 0-20 см; 5.0 - почва загрязнена дизельным топливом в концентрации 5% к массе почвы слоем 0-20 см и обработана ассоциацией микроорганизмов марки «Биоойл-Югра»; 6.К -почва, загрязнена дизельным топливом в концентрации 10% к массе почвы слоем 0-20 см; 6.0 - почва загрязнена дизельным топливом в концентрации 10% к массе почвы слоем 0-20 см и обработана ассоциацией микроорганизмов марки «Биоойл-Югра».

Для контроля показателей и достоверности информации на расстоянии 10 м от общего опытного блока заложили 4 делянки таких же размеров, по той же схеме с общим контрольным вариантом, отражающим динамику свойств в естественных условиях без внесения загрязнителей.

В качестве критериев по выбору биотеста определены показатель всхожести семян на воде и на загрязненных нефтепродуктами жидких средах и

оценка растений на 14 сутки по разработанной нами шкале, в которой оценены: тургор, типичность окраски и пигментация листьев. Критерии оценки тургора листьев следующие: 1) хорошо выраженный - все растения имеют типичное для них состояние, без заметного угнетения (+++); 2) средне выраженный -часть листьев (менее 50%, но более 10%) в увядшем состоянии (++); 3) слабо выраженный - менее 10% листьев без заметного угнетения; 3) не выраженный -все листья поникли, либо отдельные из них со слабо выраженным тургором (0).

Типичность окраски листьев оценили исходя их того, что для растений овса на ранних этапах развития характерна ярко зеленая окраска. Шкала по качественной оценке: 1) типичная (+++); 2) с признаками осветления у отдельных растений (до 5%) всей листовой пластинки или её части (++); 3) более чем у 5% растений отмечена не типичная окраска (0).

Пигментация может иметь характерные признаки: по всей длине листа, по краю, вразброс, с кончика листа, от основания листа и т.д. Может иметь разную природу происхождения: токсикация в результате избытка химических элементов, поражения возбудителями листовых болезней и др.

Пигментацию оценили по следующей шкале: 1) характерная (X) - одного определенного цвета, приурочена к конкретному участку листа на всех растениях; 2) не характерная (х) - пигментация одного цвета, но локализована на разных участках листовой пластинки; 3) смешанная (СМ) - пигментация имеет разную природу происхождения или разную окраску.

Для оценки динамики свойств почвы по широко известным, утвержденным методическими советами ведущих научно-исследовательских учреждений, в почвоведении методам определены: гранулометрический состав, плотность сложения и плотность твердой фазы почвы, пористость, водопрочность,

Для изучения растительного покрова и биологической продуктивности использовали методы геоботанического и фитоценологического обследования (Работнов, 1972; Миркин, 2010).

Определение гумуса и макроэлементов проведено в Испытательном Центре по агрохимическому обслуживанию сельскохозяйственного производства ФГУ ЦАС «Кемеровский»: гумус в соответствии с ГОСТ 2621311; содержание подвижного фосфора (Рг05) и калия обменного (К20) - по ГОСТ 26204-91; азота нитратного - по ГОСТ 26951- 86. Определение целлюлозолитической активности проведено методом льняных аппликаторов, каталазной, дегидрогеназной и уреазной активности почв в соответствии с учебно-методическим пособием (Федорец, Медведева, 2009). Определение видового состава и численности дождевых червей - в соответствии с количественными методами в почвенной зоологии (Гиляров и др. 1987).

Статистическая обработка результатов исследований проведена методами дисперсионного и корреляционного анализов (Доспехов, 1985) с помощью пакета прикладных программ Статистика 6.0 на персональном компьютере.

3. Выбор теста для оценки степени токсичности нефтепродуктов в почве

В лабораторных условиях на жидких средах и в полевом эксперименте с почвенным загрязнением нефтепродуктами из числа изучаемых нами и возделываемых в производстве однолетних злаковых растений овса посевного (Avena sativa) выбран сорт Фобос. На жидких средах (техническая вода от мойки деталей, эмульсии и эмульсионные смеси, отходы специального назначения) с высокими концентрациями нефтепродуктов (30-56%) из трёх сортов, - Фобос, Ровесник, Мегион, лучшие показатели по всхожести семян имел первый из них. По визуальной оценочной шкале, разработанной нами, на 14 сутки преимущество имели вновь растения сорта Фобос (табл.1). Он имел устойчивое постепенное падение тургора листьев, типичную для сорта окраску и характерную пигментацию (X): - яркое пожелтение кончиков первых листьев на длину от I до 2 см с четкой перпендикулярной линией направлению листа.

Таблица 1. - Визуальная характеристика растений разных сортов

Варианты опьгга Тургор листьев Типичность окраски листьев Пигментация листьев

Фобос Ровесник Мегион Фобос Ровесник Мегион Фобос Ровесник Мегион

Контроль(вода) +++ +++ +++ +++ +++ +++ X X X

Техническая вода, загрязненная нефтепродуктами +++ +++ +++ +++ -н- ++ X X X

Отходы чистящих и моющих средств ++ ++ ++ ++ + ++ X X X

Растворитель от мойки деталей отработанный -н- ++ + ++ + + X X X

Отходы эмульсии + + 0 0 0 0 X СМ СМ

Оценка по содержанию пигментов в проростках сорта Фобос на воде, загрязненной нефтепродуктами (табл.2), и накоплению биомассы на делянках почвы с теми же концентрациями (рис.1) подтвердила реакцию на уровень токсичности нефтепродуктов.

Таблица 2. - Содержание фотосинтезирующих пигментов в проростках овса, выращенных на воде, загрязненной нефтепродуктами, (мг/г)

Пигменты Контроль (обесхлоренная вода) Концешп рация нефтепродуктов в воде

1% 5%*** 10%***

ММ* ДТ** ММ ДТ мм ДТ

Хлорофилл а 0,73 0,66 0,66 0,65 0,60 0,57 0,40

Хлорофилл в 0,39 0,40 0,37 0,33 0,32 0,28 0,23

Хлорофилл (а + в) 1,12 1,06 1,03 0,98 0,92 0,85 0,65

Каратиноиды 0,05 0,04*** 0,03*** 0,03 0,01 0,03 0,001

ММ*- отработка минерального масла; ДТ**- дизельное топливо;***Достоверно при Pos.

Рисунок 1. - Формирование биомассы овса в условиях загрязнения почвы нефтепродуктами (% к контролю).

Широко возделываемый вид растений - овес посевной (Avena sativa) сорта Фобос может быть использован в качестве биотеста.

4. Динамика физических и водно-физических свойств почвы 4.1 Изменение плотности и пористости почвы

Основные физические свойства,- плотность почвы в естественном сложении, почвы плотность твердой фазы и пористость,- являются определяющими для других физических свойств.

Плотность сложения варьировала от 1,28-1,31 г/см ' в самом верхнем слое (Ап) до 1,54 г/см' - 1.58 г/см' в переходном к материнской породе (ВС). Плотность твердой фазы почвы была выше,- с пределами значений 1,92-1,98 г/см' и 2,19-2,22 г/см' соответственно. Эти показатели явились основными для расчёта пористости почвы. Она в целом за годы исследований падает от 50,1% в верхнем слое до 40,8% - в переходном к почвообразуюшей породе. Согласно классификации Н. А. Качинского (1965) такие показатели считаются удовл етвор ител ьн ы м и.

На фоне загрязнения отработкой минерального масла, начиная с 5% уровня, плотность сложения увеличилась на 4,6-12,4%, а на фоне дизельного топлива показатель по всем вариантам возрос на 15,5-17,8%>, что статистически достоверно (табл. 3). В 2013 г. также вывялено снижение показателей по всем вариантам опыта. Они стабилизировались в пределах нормы при 1% и 5% концентрациях загрязнения отработкой минерального масла, но на вариантах с 10% загрязнением превышение осталось в пределах 6,7- 8,3%.

В условиях загрязнения почвы дизельным топливом также отмечены изменения плотности в сторону нормы, но в среднем по всем вариантам она осталась на 8,3-10,4% выше (рис.2). Это свидетельствует о большей устойчивости к изменению почвенных свойств, связанных с твердой фазой почвы, а также о большей агрессивности дизельного топлива по сравнению с отработкой минерального масла.

Таблица 3. - Влияние нефтепродуктов на плотность темно-серой лесной почвы

Варианты Плотность ПОЧВЫ. 1 /'см

плотность сложения твердая фаза плотность сложения твёрдая фаза плотность сложения твёрдая фаза плотность сложения твёрдая фаза

2010 г. 2011 г. 2012 г. 2013 г

К общ. 1,29±0.07 1,93±0.11 1,31 ±0,08 1,98±0.21 1,28±0.08 1.92±0,11 1,27±0,07 1,92±0.11

загрязнение минеральным маслом

1К 1.31 ±0,08 1,90±0.30 1,31 ±0.08 1.91 ±0.30 1,30±0.08 1,92±0.30 1.28±0.08 1.92±0.30

10 1,30±0,08 1,89±0,30 1.30±0,08 1.90±0,30 1,29±0,08 1.92±0,30 1,27±0,08 1,91±0,30

2К 1,35±0.12 1,96±0.30 1,34±0,12 1.98±0,30 1,32±0.08 1.98±0.30 1,28±0.08 1,94±0.30

20 1,33±0.12 1,98±0.30 1.31 ±0,08 1,95±0.30 1.32±0.08 1.96±0.30 1.26±0.08 1,92±0,30

ЗК 1,45±0,16 2.08±0,30 1.41 ±0,16 2,05±0.30 1,38±0.16 2.03±0.30 1.34±0.08 2.00 0.30

30 1.4340,16 2.09±0,30 1.38±0.16 2.03±0.30 1.38±0.16 2,04±0,30 1,31 ±0,08 1,96±0.30

загрязнение дизельным топливом

4К 1,49±0,21 2.13±0.31 1,46±0.16 2.17±0.31 1.42±0.16 2.11 0,31 1.38±0.16 2,08±0.31

40 1.45±0.16 2,15±0.31 1.42±0.16 2,09±0.31 1.41 ±0.16 2,05±0.30 1.35±0.12 2.05±0.31

5К 1.49±0.21 2.12±0.31 1.47±0,21 2,12±0,31 |.46±0.16 2.12±0.31 1,43±0,16 2.10±0.31

50 1.48±0.21 2.12±0.31 1,48±0.21 2.14±0.31 1.46±0.16 2.13±0.31 1.44±0.16 2,11 ±0.31

6К 1,52±0.21 2.15±0.31 1,52±0,21 2.15±0.31 1,52±0,21 2.16±0.31 1.47 ±0.21 2.12±0.31

60 1,53±0,21 2.14±0,31 1,52±0,21 2,16±0.31 1.49±0.21 2.13±0.31 1,44±0.16 2,07±0,31

Рисунок 2. - Динамика плотности тнердой фа:)ы почвы на фоне загрязнения дизельным тоилином: 4К-6К - концентрации 1,5 и 10%: 40-60 - то же + обработка НД.

Пористость в естественных условиях составила 50,5-51,1%. В год закладки опыта она снизилась под воздействием внесения в почву нефтепродуктов от 5,6% до 21.4%. К концу эксперимента это свойство слабо затронуто

изменениями. Они были не существенны даже под влиянием ассоциации микроорганизмов-деструкторов углеводородов.

4.2. Изменение водопрочности почвенных агрегатов и гранулометрического состава почвы

В естественных условиях водопрочность почвенных агрегатов фракции размером 2 мм была в пределах 52.3-53,0%. Загрязнение отработкой минерального масла существенно и достоверно повлияло на увеличение этого свойства, начиная с 5% концентрации загрязнителя. На фоне дизельного топлива наблюдалось резкое повышение водопрочности на всех, без исключения, вариантах по сравнению с контролем в естественной среде. Там же обнаружено более активное сниженне показателя за годы исследований - на 5,7- 9,8% соответственно. Статистически значимые изменения отмечены на вариантах с 1% концентрацией загрязнения (4.К и 4.0) - 5.7-8,2%. Это свидетельствует о разном функциональном воздействии изучаемых нефтепродуктов на природные среды.

В оценке гранулометрического состава почвенных образцов по вариантам опыта существенных различий с общим контролем по годам не выявлено. Заметна тенденция к повышению содержания физической глины в вариантах с внесением биопрепарата-деструктора в пределах 0,9-1,8'/.

5. Изменение химических свойств почвы 5.1. Содержание гумуса в почве

Загрязнение почвы нефтепродуктами позволили установить определенные колебания по содержанию гумуса в зависимости от вариантов опыта. В сравнении с общим контролем превышение составило от 7,5 до 7,9% в случае загрязнения отработкой минерального масла и от 7,2 до 7,6% - дизельного топлива. Не выявлено достоверных вариаций по годам. Это связано, как с увеличением углерода в почве от загрязнителей, так и с напряженностью почвенных процессов. В дальнейшем могут произойти изменения в результате накопления и разложения органики в результате растительного опада.

5.2. Содержание макроэлементов в почве В течение 4 лет исследований содержание азота нитратного, подвижного фосфора и калия обменного было высоким. Существенное и негативное влияние оказало загрязнение почвы нефтепродуктами. Так в естественной среде варьирование нитратного азота было в пределах 36,0-41,2 мг/ кг. В вариантах с загрязнением отработкой минерального масла изменения составили от 26,4% до 38,5%, а в вариантах с дизельным топливом в 2012 г. - 14,8-25,2% по отношению к году закладки эксперимента (табл.4). Ассоциации микроорганизмов-деструкторов способствует повышению азота нитратного по сравнению с загрязненными контрольными делянками до 3,8%. Показатели подвижного фосфора в вариантах, загрязненных дизельным топливом были на низком уровне. Динамика элемента по годам свидетельствует о нарастании

показателя, примерно, одинаковыми темпами. То же можно отметить и в отношении вариантов с использованием ассоциации микроорганизмов марки «Биоойл-Югра» (рис. 3).

Таблица 4. - Динамика по содержанию азота нитратного в слое почвы 0-20 см __(мг /кг почвы)__

Варианты 2010 г. 2011 г. 2012 г. 2013 г.

К общ. 36,0 38,4 41,2 36,6

загрязнение отработкой минерального масла

1.К. 25,9 30,8 27,0 31,6

1.0 28,3 29,2 30,0 39,1

2.К. 24.9 28.3 30,7 29,0

2.0 25,7 30,7 32.6 28,3

З.К. 20,4 21.6 25,8 26,4

з.о 23,9 28,4 30.4 28,0

НСР 05 2,51 2,66 2,10 1,89

загрязнение дизельным топливом

4.К. 23,7 24,8 29.4 26,2

4.О. 27,0 28,3 33.8 30,7

5. К. 21,0 22,3 24,2 23,0

5.0. 26,2 26,3 30.7 28.0

6.К. 18.4 21,0 22,3 19,6

6.0. 23,7 25,0 27,2 25,6

НСР,„ 2,43 2,74 2,18 2,00

Рисунок 3. - Различия по содержанию фосфора подвижного в 2013 г. (%) под влиянием обработки почвы ассоциацией микроорганизмов-деструкторов: 1.О. - 3.0. - варианты с 1%, 5 и 10% концентрацией ММ в почве; 4.О. —6.0,— варианты с 1%, 5 и 10% концентрацией ДТ в почве.

За счет микроорганизмов-деструкторов марки «Биоойл-Югра» содержание подвижного фосфора на фоне загрязнения минеральным маслом повысилось на 11,0-13,4%, а на фоне дизельного топлива - на 1,5-5,8%.

Динамика калия на фоне загрязнения 1% концентрацией отработки моторного масла не имела прямой линейной направленности. В 2010 г. и 2013 г. выявлено повышение калия подвижного на 6,3%, но существенное его снижение (на 3,4- 84,0%) в 2011-2012 гг. На 5% и 10% загрязнении пик по содержанию этого элемента отмечен в 2012 г. (на 6,0-7,5% выше контроля).

Применение ассоциации микроорганизмов-деструкторов способствует повышению калия обменного по сравнению с загрязненными контрольными делянками (1.К; 2К; ЗК) на 3,4-6,3%. Это, вероятно, связано с активным использованием минеральных элементов ассоциацией микробов.

6. Изменение биологических свойств почвы 6.1. Влияние нефтепродуктов на устойчивость растительного покрова

В ходе геоботанического описания выявлен состав популяции растительности из 60 видов, характеризующих шестилетнюю сукцессию, представленную ассоциацией злаково-разнотравного луга. После загрязнения почвы отработкой моторного масла и дизельным топливом отмечено значительное сокращение видового разнообразия. В конце вегетационного периода 2010 г. в целом по опыту численность по группам растительности понизилась в 2,0 (ядовитые и сорные) - 10,6 раз (декоративные). Число видов растений в разнотравно-луговом фитоценозе снизилось в 6-60 раз зависимости от концентрации и вида загрязнителя. Восстановление численности началось в 2012 г. Утрачено совсем 18 видов.

Загрязнение почвы нефтепродуктами привело к снижению биомассы растений на 61,5% -86,1% в зависимости от загрязнителей (рис.4).

1500

1464.7

997-' „958.6

Кобш

11 ВН

2К ЗК 4К 5К

206 Л Е I

5»(М

о:оюг.

С 2011г. ■ 2012 г. С 20131.

6К

Рисунок 4. - Биомасса растений в пересчете на воздушно-сухое вещество (г/м2): Кобщ. не загрязненный фон; 1.К- ЗК-вариангы, загрязненные ММ в концентрации 1%, 5% и10%; 4.К-6.К- варианты, загрязненные ДТ в концентрации 1%, 5% и10% + обработка НД.

Использование биопрепарата марки «Биоойл-Югра», способствует очистке почвы и, опосредовано, - активизации ростовых процессов у растений.

Это доказано статистически достоверным увеличением биомассы растений по отношению к контролю загрязненных фонов в 2010 г.- на 13,1-308,4%; в 2011 г.- на 28,4-161,7%; в 2012 г.- на 4,7-81,2%; в 2013 г.- на 9,6 - 48,3% (табл.5). Лишь в 5 случаях не было достоверных прибавок.

Таблица 5. - Динамика биомассы в опытных вариантах с обработкой

загрязнённой почвы ассоциацией микроорганизмов марки «Бноойл-Югра»

Варианты опыта Годы

2010 % к загрязнен, контролю 2011 % к загрязнен, контролю 2012 % к загрязнен, контролю 2013 % к загрязнен, контролю

загрязнение отработкой минерального масла

I.O. 902,4 14,7 1705,6 161,7 232,2 -21,5 1446,6 48,3

2.О. 114,7 -15,7 1313,1 89,1 639,8 26,5 1896,8 29,5

З.О 574,8 18,7 1229,8 40,6 414,4 4,7 1298,8 17,5

загрязнение дизельным топливом

4.О. 503,2 308,4 2133,6 123,3 92,5 81,2 1093,6 9,6

5.0. 234,0 13,1 11317,9 28,4 79,1 -7,0 1082,7 12,9

б.О 125,2 47,7 457,0 103,8 46,7 -4,5 656,1 -90,9

НСР,„ 142,9 - 447,8 - 115,8 - 178,7 -

6.2. Реакция дождевых червей на загрязнение почвы

Видовой состав люмбрицид в окрестностях экспериментального полигона в целом оказался бедным, в опыте представлен всего 2 видами: Eisenia nordenskioldi (Eisen, 1879), Lumbricus rubellus (Hoffmeister, 1843). Они всегда присутствовали в контрольном общем варианте, но впервые зафиксированы в небольших количествах на вариантах 1% загрязнения отработкой минерального масла в 2011 г. и глубоко в почвообразующей породе - в 2012 г.

Расчет парных корреляций по влиянию углеводородных загрязнителей почвы и её влагообеспеченности на глубину залегания дождевых червей подтвердил сильную отрицательную зависимость (г = - 0,88 ± 0,13 и г= - 0,85 ± 0,13).

6.3. Изменение биологической активности почвы

Все биохимические процессы в почве осуществляются с помощью биокатализаторов - ферментов. Показатели многих из них в настоящее время рекомендованы к оценке экологического состояния почвы, загрязненной нефтью и нефтепродуктами. Нами оценены целлюлозная, каталазная, дегидрогеназная и уреазная виды ферментативной активности. С повышением концентрации загрязнителей дегидрогеназная активность падает на 13,2-44,8% на фоне загрязнения отработкой минерального масла в 2010 г.; на 54,0-74,5% в 2011 г; на 35,4- 46,0% - в 2012 г.; и на 8,1- 43,6% в 2013 г. Показатели каталазной активности на фонах с загрязнением нефтепродуктами значительно ниже и составляют в зависимости от условий года от 39,7 до 86% к общему контролю на фоне загрязнения отработкой минерального масла и от 20,6 до 65,2% на фоне присутствия в почве дизельного топлива. В меньшей

мере снижена уреазная активность: на фоне отработки минерального масла - от 14,0 до 40,0%, а на фоне дизельного топлива - от 15,6% до 44,0%.

Внесение микроорганизмов-деструкторов марки «Биоойл-Югра существенно усиливает целлюлозную активность, - на 4,1-18,6% в 2010 г., на 3,0-16,6% в 2011 г., на 17,0-58,3% в 2012 г. и на 4,7- 10,5% в 2013 г.

Кроме того они способствовали повышению активности каталазы на 11,4—30,9% на фоне загрязнения отработкой минерального масла и на 15,526,3% в условиях загрязнения дизельным топливом.

ВЫВОДЫ

1. В качестве биологического теста для оценки токсичности почв выделен овёс посевной (Avena sativa) сорта Фобос, который имеет высокую чувствительность к нарушению химического состава, выраженную характерным маркерным признаком: яркое пожелтение кончиков первых листьев на длину от 1 до 2 см с четкой перпендикулярной линией направлению листа.

2. Загрязнение темно-серой лесной почвы отработкой минерального масла и дизельного топлива привело к существенному снижению обеспеченности макроэлементами (нитратным азотом, подвижным фосфором и калием обменным), плотности сложения почвы, водопрочности почвенных агрегатов.

3. Под влиянием нефтепродуктов число видов растений в разнотравно-луговом фитоценозе снизилось в 6-60 раз зависимости от концентрации и вида загрязнителя. Начало восстановления видового состава отмечено на 3 год исследований.

4. Активность ферментов целлюлозы, дегидрогеназы, каталазы и уреазы отражает степень воздействия разных по химическому составу углеводородных загрязнителей на динамику почвенных свойств и способность почвы к самоочищению.

5. Внесение в загрязнённую почву ассоциации микроорганизмов биопрепарата марки «Биоойл-Югра» способствовало существенному улучшению динамики экологического состояния темно-серой лесной почвы. Отмечено повышение азота нитратного на 3,8%; подвижных форм фосфора - на 1,5 - 13,4%; калия обменного - на 3,4-6,3%; водопрочности агрегатов на 5,78,9%; активности каталазы на 11,4-30,9%, на фоне загрязнения отработкой минерального масла и на 15,5-26,3% в условиях загрязнения дизельным топливом. Установлено увеличение биомассы растений на опытных вариантах на 9,6-48,3%.

РЕКОМЕНДАЦИИ

1. Новые знания использовать в учебном процессе по дисциплинам: экология почв и биотехнология растений.

2. Сорт овса посевного Фобос использовать в качестве биотеста загрязненных жидких сред и почвы.

3. Ассоциацию микроорганизмов марки «Биоойл-Югра» использовать для рекультивации почв, загрязненных нефтепродуктами.

СПИСОК ОПУБЛИКОВАННЫХ РАБОТ

Научные статьи в журналах, рекомендованных ВАК РФ\

1. Заушинцен A.C., Скалой Н.В. Влияние абиотических, биотических и антропогенных факторов, на формирование биологической продуктивности растений / Вестник КемГУ. - Кемерово,, 2013,- №4 (56).- Т.2- С. 10-13.

2. Заушинцена А. В., Заушинцен А. С., Мальцева А. Т., Свиркова С. В., Тарасова И. В., Барышева О. В. Реакция растительного покрова на загрязнение почвы нефтепродуктами / Вестник КемГУ. - Кемерово, 2014. -Т. 1 - №2 (58).-С. 11-14.

3. Заушинцена А. В., Скапон Н. В., Заушинцен А. С., Зубко К. С. Реакция дождевых червей (сем. Lumbricidae) на изменение абиотических факторов / Вестник КемГУ - Кемерово, 2014.-№ 1 (57)-Т. 1.С. 7-12.

Научные статьи и материалы:

4. Заушинцена А. В., Заушинцен А. С., Свиркова С. В. Оценка экологического состояния почв, загрязненных нефтепродуктами / Междунар. конф. «Биодиагностика 2013», М., 4-6 февраля 2013. - С. 80.

5. Заушинцен А. С. Восстановление биологических функций темно-серой лесной почвы с использованием биопрепаратов-нефтедеструкторов / Природа и экономика Кемеровской области и сопредельных территорий / Матер. Всеросс. научн. конф. 11-12 декабря 2013 г. - Новокузнецк, 2013,- С . 120-124.

6. Заушинцен А. С. Деградация углеводородных загрязнителей под влиянием биотических факторов / Тез. Докл. IX между-нар. научно-техн. конф. «Современные проблемы экологии» -Тула, 2013. - С. 10-11.

7. Заушинцен А. С. Динамика целлюлозной активности темно-серых лесных почв, загрязненных нефтепродуктами // Современные проблемы науки и образования - 2014.-№6. (приложение "Биологические науки"). - С. 4.

8. Заушинцен А. С. Ферментативная активность почвы, загрязненной нефтепродуктами / Современные проблемы науки и образования - 2014.- №6. (приложение "Биологические науки"). - С. 6.

9. Заушинцен А. С. Токсичность отработки минерального масла и дизельного топлива для почвенной биоты / Современные проблемы науки и образования -2014.- №6. (приложение "Биологические науки"). - С. 7.

14-1 56t 2

Полине ,шо н iici ill i. 2-1.I0 20M 1 Lii<|»jX)H;iH »кисшая псч;пь f>\ .\uu;ioi|icl*iilih . Форшг A5 Hhcmiol-m. I+I.I:ihjik;iN"K7(>

| |шш|>.1|||ня " июМКск.тм,!" (KX) "IVKjaMApi"

i. KcMcpuHo, \ /i.CoñopiuiM, лЛ(>|||.~М [им . н-7 ПХ-12)М-1-М4. L'-iti.ul: inlof"1 гск1:ии;|Л.inU»

2014342112