Динамика микробной активности почв центральной части территорий Западной Сибири (на примере ХМАО)

Микроорганизмы обеспечивают все многообразие физиологических и биохимических процессов биоценоза, и их оценка позволяет определить направленность почвообразования. Ответное действие микробного сообщества на различные воздействия наиболее глубокое, и проявляется в изменении численности [1]. Почвенные и погодно-климатические условия ХМАО определяют специфику формирования и функционирования биоценозов с наложением разнообразных антропогенных нагрузок [2, 3]. Для выяснения уровня микробной активности в 2009 г. была проведена “провокация” углеводородной смесью (УВС): (4% крахмала + 4% глицерин + 36% этиловый спирт +60% воды). Внесение проведено в весенний период на контрольные и загрязненные участки, полосой 2 х 10 м., дозой 100 мл/м². Исследования продолжались на протяжении 2010-11 гг. на мониторинговых площадках, охватывающих всю территорию округа [4, 5]. Площадки представлены контрольными (незагрязненными) участками и с углеводородным загрязнением 0,5-6 г/кг почвы. В работе изложены материалы по западной, северной, южной, восточной и центральной точкам.

Микробоценоз оценивался посредством общего микробного числа (ОМЧ) на МПА, численности углеводородокисляющих микроорганизмов (УОМ) на среде Кинга, микро-мицетов на среде Чапека, спорообразующих на МПА + сусло общепринятыми методами [6].

Почвенный микробоценоз нарушенного (уровень нефтяного загрязнения 6,67 г/кг) и ненарушенного участков центральной точки характеризуются высокими показателями численности в оба сезона исследований в диапазоне (15-25) х 10⁶ клеток (рис. 1). Внесение углеводородов “провокации” вызвало снижение общей численности до значений (10-15) х 10⁶ клеток. Высокая динамика в 2011 г. обусловлена благоприятными погодными условиями. Схожая динамика общей микробной активности наблюдается во всех остальных представленных зонах, за исключением северной (рис. 2). В северной точке, с загрязнением нефтепродуктами 2,75 г/кг, выявлено смещение ряда показателей в сезоне 2011 г., в частности, численности микроорганизмов: от 0,6 до 1,2 х 10⁶ клеток, чему способствовало, скорее всего, изменение водно-воздушного режима из-за больших осадков в летний период.

Ненарушенные и нарушенные почвы восточной точки с загрязнением до 1,5 г/кг (мазут, масло, дизельное топливо) в обоих сезонах проявили схожую динамику с численностью до 5-6 х 10⁶ клеток. Применение углеводородов “провокации” привело к снижению численности микроорганизмов в 2 раза. В почвах южной точки во всех вариантах выявлена высокая численность микроорганизмов - (18-22) х 10⁶ клеток. Причиной, очевидно, служит применение углеводородов “провокации” на фоне загрязнения газовым конденсатом с высоким содержанием парафина на уровне 0, 57 г/кг.

Рис. 1. Общая микробная активность почв ландшафтов центральной точки

Рис. 2. Общая микробная активность в различных географических зонах округа (на всех рисунках легенда аналогична легенде на рис. 1)

Рис. 3. Активность почвенных УОМ почв центральной точки

Численность УОМ имеют высокую активность, как в ненарушенной так и загрязненной нефтяными углеводородами почвах, в среднем 5-7x103 клеток. Причиной, вероятно, является эколого-эволюционная адаптация микробоценоза (рис. 3). Внесение углеводородной “провокации” снизило численность данной группы в обоих сезонах наблюдения до значений 2-3x103 клеток. На других представленных районах динамика данной группы сходна с показателями центральной зоны, за исключением участка северной зоны (рис.4), где существенное влияние на численность УОМ оказал температурный режим, при чем в обоих сезонах исследования. Увеличение численности УОМ в сезоне достигает нескольких раз, что характеризует высокие показатели оптимизации физиологических процессов мик-робоценоза.

Рис. 4. Активность почвенных УОМ в различных географических зонах округа

Рис. 5. Активность микромицетов почв центральной точки

Высокая численность микромицетов является характерной чертой для всех подзолистых почв округа, отличаясь периодами всплеска количества в зависимости от наличия или отсутствия загрязнения (рис. 5). Углеводороды внесенной “провокации” вызвали угнетение активности микромицетов в 2010 г. Особенности погодных условий 2011 г. оказали неоднородное действие на поведение и активность в пределах всех вариантов центральной точки. Особенности физиологии микромице-тов и специфика погодно-климатических условий сказались их динамике активности в различных представленных зонах округа (рис. 6). Наиболее выраженное действие этих факторов проявилось в почвах западной и южной точек; в почвах северной точки выявлено их активное участие в деструкции углеводородов “провокации”, с максимальной численностью осенью 2011 г. - 1,7x103 клеток.

Рис. 6. Активность микромицетов в различных географических зонах округа

Поступление в почвы восточной точки большого количества разнообразного опада и высокое залегание грунтовых вод вызвало не стабильную динамику активности и высокие показатели в вариантах применения углеводородов “провокации” по отношению к контролю, в особенности в сезон 2011 г., с численностью более 4x103 клеток. Спорообразующие микроорганизмы, благодаря особенностям физиологии, наиболее показательны как индикаторы по отношению к изменению почвенных экологических условий. На участках применения “провокации” эта группа микроорганизмов проявила высокую динамику в оба сезонах наблюдений: численность в обеих вариантах была сравнима с контрольными вариантами и составляла (2-3)x 103 клеток на грамм почвы (рис. 7).

Активность данной эколого-трофической группы микробоценоза в почвах различных зон округа высокая и отображает особенности их географического расположения (рис. 8). Применение углеводородной “провокации” повысило численность спорообразующих форм микроорганизмов до уровня контрольных показателей в почвах северной и западной зон до значений (0,6-1,6) x 10³ клеток. В почвах западной и южной зон проявляется разнообразная динамика численности, определенная в большей степени характером и уровнем загрязнения и влиянием осадков.

Рис. 7. Активность спорообразующих микрофлоры почв центральной точки

Выводы: представленные результаты указывают на продолжающееся прямое и косвенное влияние углеводородного загрязнения и внесенных компонентов углеводородной смеси “провокации” на активность различных составляющих микробоценоза. В почвах контрольных вариантов без внесения “провокации” выявлены устойчивые значения по численности микроорганизмов, что позволяет говорить о сложившейся экологической и физиологической устойчивости биоценозов.

Изменения в количественных показателях исследованных эколого-трофических групп микроорганизмов сформированы нестабильностью погодных условий по сезонам опыта.

Рис. 8. Активность спорообразующей микрофлоры в различных зонах округа