Функциональная активность и численность микроорганизмов в условиях нефтяного загрязнения почв

Одной из основных экологических проблем на территории ХМАО—Югры является нефтяное загрязнение почв [7. С. 16—17, 41]. В данном регионе большая часть площадей (от 30 до 70%) занята болотами [3. С. 9], вследствие чего методы рекультивации, используемые для восстановления нарушенных почв, часто являются малоэффективными [2. С. 17].

При оценке состояния нефтезагрязненных почв используются в основном химические методы, которые не всегда достоверно отражают отношение живых организмов к данному фактору.

В представленной работе проведено изучение нефтезагрязненных почв по функциональной активности микроорганизмов и их отношению к кислороду. Исследования выполнены на модельных экспериментах и в природной среде (Самотлорское месторождение). Исследования проведены на различных участках: контрольные (отсутствие нефтяного загрязнения), нерекультивированные (самовосстанавливающиеся), рекультивированные. Нефтезагрязненные участки имели различную степень загрязнения нефтью.

Были изучены особенности лизиса колоний азотобактера, дезаминирование аминокислот и отношение микроорганизмов к кислороду.

Лизис колоний азотобактера изучали по методике Н.А.Красильникова [5. С. 225—226]. Свежеприготовленную агаровую среду Эшби разливали в стерильные чашки Петри, после застывания накрывали стерильными пластинками целлофана, на поверхности целлофана в центр чашки с агаром помещали комочек испытуемой почвы диаметром 2 см, увлажненный водой. После наложения комочков почвы на целлофан чашки выдерживали в термостате в течение суток. Через сутки целлофан с почвой снимали с агара, а среду засеивали суточной культурой. Токсичность почв на газоне азотобактера определяли по наличию стерильных зон на поверхности агара.

Процессы дезаминирования аминокислот определяли по образованию аммиака [1. С. 84]. Бульон МПА разливали в пробирки по 8—10 мл в каждую, стерилизовали и засевали почвенной суспензией. Образование аммиака обнаруживали по изменению окраски лакмусовой бумаги. Для этого после посева помещали в пробирку над средой стерилизованную полоску красного лакмуса, зажимая ее между пробкой и горлышком пробирки. При образовании аммиака полоска красного лакмуса приобретала синий цвет. Перед использованием лакмусовую бумагу стерилизовали.

Отношение к кислороду определяли следующим образом: МПА разливали в пробирки на ½ ее высоты и стерилизовали. В пробирки с МПА посев проводили уколом. Отмечали рост клеток и их интенсивность в толще среды [1. С. 76].

При определении степени токсичности (по лизису азотфиксирующих бактерий) показатели токсичности нефтезагрязненных почв были выше контрольных вариантов. Наиболее вероятно, это связано с тем, что в контрольных почвах запас органических веществ невелик, а перегнойные вещества почвы азотобактером практически не усваиваются.

Разница между опытными и контрольными вариантами составляла до 20% и выше. На нерекультивированных почвах с концентрациями нефти 21,3%, 20% процент лизиса составлял 65%, 75%. На рекультивированных участках в 2007 г. с невысоким содержанием нефтепродуктов в почве он был ниже и достигал 43%.

—*— контроль

■ опыт

Рис. 1. Особенности лизиса колоний азотобактера на контрольных и опытных участках

1 — Нерекультивированный (21,3%); 2 — Нерекультивированный (1,3%);

3 — Рекультивированный (2005 г.) (2,6%); 4 — Рекультивированный (2007 г.) (3,9%);

5 — Рекультивированный (2007 г.) (5,3%); 6 — Рекультивированный (2007 г.) (3,9%);

7 — Нерекультивированный (1,7%); 8 — Нерекультивированный (10%);

9 — Рекультивированный (2008 г) (4%); 10 — Рекультивированный (2008 г.) (13,7%);

11 — Нерекультивированный (20%)

Увеличение лизиса на опытных участках также связано с внесением удобрений (азофоска и мочевина) в почву при рекультивации, а т.к. источником азота для азотобактера могут служить разнообразные минеральные (азотная кислота) и органические (мочевина) соединения, они стимулируют развитие азотобактера. С другой стороны, азотобактером хорошо усваиваются легкодоступные формы углеродсодержащих органических соединений, которые входят в состав нефти, что и стимулирует развитие азотобактера [4. С. 63—65].

Таким образом, наличие в почве продуктов нефти активизирует лизис колоний азотобактера, минеральные удобрения стимулируют их рост. Данный показатель может служить индикатором токсичности нефтезагрязненных почв.

При нефтяном загрязнении наблюдалось увеличение процессов дезаминирования аминокислот в почве. Наиболее высокую степень расщепления мы наблюдали при 7% концентрации нефти в почве.

Рис. 2. Влияние нефтяного загрязнения почв на процессы дезаминирования аминокислот

Аминокислоты служат микроорганизмам субстратом в энергетическом процессе, они подвергаются дезаминированию, в результате чего освобождается аммиак, используемый микроорганизмами для поддержания своей жизнедеятельности [6. С. 74—79].

Пик выделения аминокислот был характерен для всех опытных вариантов на 4-й день проведения эксперимента.

Через неделю количество выделившейся аминокислоты снизилось, за исключением варианта с максимальным процентным содержанием нефти 7%. Полученные результаты о влиянии нефтяного загрязнения на процессы дезаминирования аминокислот позволяют сделать вывод, что нефтяное загрязнения активирует данный процесс.

Результаты исследования об отношении микроорганизмов нефтезагрязненных почв к кислороду (рис. 3) позволили нам сделать вывод — в почвах всех исследуемых участков превалировали аэробные организмы. На участках с высоким содержанием нефти численность аэробов была минимальна и составила в среднем 30%, максимальная численность была на контрольных вариантах — 60%, такая же закономерность проявлялась и для анаэробных микроорганизмов.

Рис. 3. Влияние нефтяного загрязнения почвы на численность микроорганизмов

Таким образом, с увеличением нефти в почве количество микроорганизмов снижалось пропорционально снижению кислорода.

Изучение состояния почв, загрязненных нефтью, по лизису колоний азотобактера, дезаминированию аминокислот, отношению микроорганизмов к кислороду в почве выявило, что нефтяное загрязнение увеличивает процессы лизиса колоний азотобактера, дезаминирование аминокислот и снижает рост клеток микроорганизмов и их интенсивность в толще среды.

Мы считаем, что используемые нами методы можно применять для оценки качества нефтезагрязненных почв.