Влияние углеводородного загрязнения и высокоминерализованных нефтепромысловых вод на микробиоценоз дерново-карбонатной почвы

Высокоминерализованные нефтепромысловые воды (ВНВ) добываются попутно с нефтью и являются сложной смесью пластовых и закачиваемых пресных вод. В связи с этим в нефтедобывающих регионах проблема углеводородного загрязнения почвы усугубляется сопутствующим засолением ВНВ.

Микробный ценоз почв испытывает сильный прессинг под действием нефти и высокоминерализованных нефтепромысловых вод. В связи с этим наблюдается резкое снижение как общей численности микроорганизмов, так и отдельных физиологических групп. Особенно следует отметить негативное влияние подобного загрязнения на количество углеводородокисляющих микроорганизмов (УОМ).

Одним из простых и удобных методов характеристики микробных сообществ с позиции доминирующей стратегии является оценка численности быстро и медленно растущих гетеротрофных микроорганизмов [5]. Выделяют два варианта экологических стратегий: r- и К- стратегии. r-стратеги удерживаются в ненасыщенных местообитаниях, численность объектов в которых невелика из-за продолжительного воздействия неблагоприятных факторов (температура, влажность и т.д.). При благоприятной для роста среде организм должен быстро размножаться, чтобы выжить. К-стратеги поддерживают свою численность на уровне емкости среды в насыщенной, более стабильной обстановке, когда нет необходимости в реколонизации. Поэтому r-стратегам приписывают высокую максимальную скорость роста, короткую фазу задержки и непродолжительную фазу активного существования. Напротив, К- стратеги растут медленно и в условиях «зрелого» сообщества существенно дольше остаются активными.

Цель работы – оценка влияния углеводородного загрязнения и высокоминерализованных нефтепромысловых вод на микробиоценоз дерново-карбонатной почвы.

Материалы и методы. Опыты на дерново-карбонатной почве проводили по следующей схеме: 1) незагрязненная почва (контроль); 2) нефтезагрязненная почва; 3) ВНВ-загрязненная   почва;   4) ВНВ- нефтезагрязненная   почва;   5) ВНВ- нефтезагрязненная почва + консорциумы углеводородокисляющих микроорганизмов.

Начальный   уровень   загрязнения почвы составил: товарной нефтью – 10,0%, высокоминерализованными сточными водами – 3,0% по содержанию солей. Сообщества           микроорганизмов- деструкторов были выделены из нефтезагрязненной почвы РТ (консорциум 1) и нефтешлама (консорциум 2).

В ходе эксперимента определяли численность аэробных гетеротрофных и углеводородокисляющих, в том числе галотолерантных, микроорганизмов на элективных питательных средах [2]. Учет галотолерантных        микроорганизмов проводили на соответствующих средах с добавлением 3,0% раствора NaCl. Активность микробиоценоза оценивали газохроматографически по выделению СО2 [1]. Определение концентрации углеводородов в почвенных образцах проводили в соответствии с ПНД Ф 16.1:2.2.22-98     [3]. Статистическую обработку результатов проводили с помощью стандартного пакета Excel 7.0.

Результаты и обсуждение. Для характеристики                состояния нефтезагрязненных почв важен правильный выбор критерия, который отражает изменения микробного сообщества.

Базальное дыхание почвы является одним из показателей биологической активности, который тесно коррелирует не только со скоростью исчезновения ксенобиотиков из почвы, но и их реальным состоянием [4]. По уровню респираторной активности загрязненной почвы можно судить о том, вернулся ли микробиоценоз в исходное состояние.

Нами установлено снижение базального дыхания на шестой год с момента загрязнения, которое связано, по-видимому, с исчерпанием легкодоступных углеводородов в загрязненной почве при сохранении достаточно высокого количества остаточной нефти. Полученные данные свидетельствуют, что в этот период респираторная активность была на 33,0% ниже таковой незагрязненной почвы. Во всех вариантах с загрязнением изучаемый показатель был ниже контрольного значения, что указывает на низкую метаболическую деятельность почвенных микроорганизмов под действием антропогенной нагрузки.

Для оценки состояния микробиоценоза нефтезагрязненной почвы важным показателем является численность гетеротрофных микроорганизмов. Через 67 месяцев с момента загрязнения количество галотолерантных и негалотолерантных микроорганизмов во всех опытных вариантах составляло от 2,0∙106 до 2,0∙109 КОЕ/г почвы. При этом численность микроорганизмов во всех исследованных вариантах с загрязнением в течение эксперимента была в пределах уровня незагрязненной почвы.

Численность галотолерантных микроорганизмов во всех вариантах с загрязнением при этом оставалась ниже таковой негалотолерантных. Так, количество галотолерантных бактерий в солезагрязненной почве было ниже на один-два порядка, а в варианте с консорциумом – ниже на порядок по сравнению с численностью негалотолерантных бактерий. Сохранение уровня галотолерантных микроорганизмов в консорциуме, несмотря на вымывание солей из почвы вследствие создания дренажной системы, свидетельствует о том, что даже через шесть лет с момента загрязнения микробиоценоз почвы не возвратился в исходное состояние.

Численность углеводородокисляющих микроорганизмов в указанный период в вариантах с нефтесолезагрязненной почвой и консорциумом оставалась достаточно высокой (0,4∙109-2,0∙109 КОЕ/г почвы), что подтверждает присутствие в почве доступных для микроорганизмов углеводородов. Наиболее эффективно процесс очищения почвы от нефтяных углеводородов протекал при внесении консорциума            галотолерантных деструкторов. В этом варианте остаточное содержание углеводородов 30,0% (к 75 месяцу было), в то время как при самоочищении – 55,0%.

Спустя год после   загрязнения дерново-карбонатной почвы нефтью и ВНВ изучение    распределения аэробных гетеротрофных бактерий в г-К-континууме показало, что на незагрязненной почве большая часть микробного сообщества была способна к быстрому росту уже с первых суток опыта, то есть в незагрязненной почве преобладала r-стратегия роста в общем г-К-континууме. В почве, загрязненной ВНВ и комплексно загрязненной         нефтью         и высокоминерализованными нефтепромысловыми водами, максимальная численность отмечена на третьи сутки эксперимента. Наиболее выраженное воздействие на распределение количества медленно и быстро растущих микроорганизмов оказало нефтяное загрязнение, так как пик роста в этом варианте отмечен на четвертые сутки эксперимента. Считаем, что подобное загрязнение способствовало более сильному изменению стратегии микробного поведения в сообществе, чем загрязнение почвы        высокоминерализованными нефтепромысловыми водами. В незагрязненной почве преобладала r-стратегия роста в общем r-К-континууме.

Установлено, что большинство микроорганизмов во всех вариантах представлено грамположительными формами. Появление грамотрицательных бактерий было отмечено лишь на вторые и третьи сутки эксперимента. Их численность была на порядок ниже, чем численность грамположительных бактерий.

Классическими представителями грамотрицательных г-стратегов являются бактерии рода Pseudomonas . В анализируемой почве их количество достаточно низкое (8,3∙10³ КОЕ/г почвы).

Заключение. Для интенсификации процесса очищения дерново-карбонатной почвы от нефтяного загрязнения в условиях нефтепромысловыми водами применены эффективные              консорциумы микроорганизмов-деструкторов, выделенные из нефтешлама и нефтезагрязненной почвы РТ, которые способны активно разрушать нефть в концентрациях до 10,0% при содержании солей до 3,5%. Внесение консорциумов способствует наиболее эффективному засоления высокоминерализованными снижению углеводородов.

ЛИТЕРАТУРА: 1. Гарусов, А.В. Газохроматографический метод анализа в биомониторинге почвы. Методическое пособие / А.В. Гарусов, Ф.К. Алимова, Н.Г. Захарова // Казань: Изд-во КГУ, 1998. – 28 с.; 2. Колешко, О.И. Экология микроорганизмов почвы. Лабораторный практикум / О.И. Колешко. – Минск: Высшая школа, 1981. – 175 с.; 3. Методика выполнения измерений массовой доли нефтепродуктов в почвах и донных отложения методом ИК-спектрометрии. ПНД Ф 16.1:2.2.22-98. – М., 1998. – 35 с.; 4. Хидиятуллина, А.Я. Биорекультивация нефтезагрязненных почв с использованием активных аборигенных микроорганизмов-деструкторов и эколого-токсикологическая оценка процесса ремедиации: автореф. … канд. с.-х. наук., Казань, 2013. – 22 с.; 5. Lynch, J.M. Resilience of the rhizosphere to anthropogenic disturbance / J.M. Lynch // Biodegradation. – 2002. – №13. – Р. 21-27.

ВЛИЯНИЕ УГЛЕВОДОРОДНОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ И ВЫСОКОМИНЕРАЛИЗОВАННЫХ НЕФТЕПРОМЫСЛОВЫХ ВОД НА МИКРОБИОЦЕНОЗ ДЕРНОВО-КАРБОНАТНОЙ ПОЧВЫ

Давлетшина А.Я., Дегтярева И.А., Шайдуллина И.А., Зарипова С.К.

Резюме

Для ремедиации дерново-карбонатной почвы использованы сообщества микроорганизмов-деструкторов, выделенные из нефтешлама и нефтезагрязненной почвы РТ. Выявлена способность этих консорциумов утилизировать нефть в концентрациях до 10,0% при содержании солей до 3,5%. На шестой год ремедиации наиболее выраженное воздействие на почвенный микробиоценоз оказало нефтяное загрязнение, проявившееся в увеличении медленно растущих гетеротрофных бактерий.

INFLUENCE OF THE HYDROCARBON CONTAMINATION AND HIGHLY- MINERALIZE OIL FIELD OF WATER ON MICROBIOCENOSIS SOD-CARBONATE SOIL

Davletshina A.Ya., Degtyareva I.A., Shaidullina I.A., Zaripova S.K.