Экологические аспекты трансформации ферментного пула почвы при нефтяном загрязнении и рекультивации

Таблица 11. Активность липазы и содержание остаточной нефти в серой лесной нефтезагрязненной почве (полевой опыт)

Концентрация нефти, г/100г почвы	Активность липазы, мл 0,05 N КОН	Остаточная нефть, г/100г
	1	2	3	4	2	3	4
0	9,68	10,11	9,76	10,76	-	-	-
5,67	8,29	11,25	11,89	12,89	4,75	4,12	0,65
7,32	7,92	10,10	12,34	13,45	6,31	5,23	1,82
9,65	7,22	10,38	11,43	13,25	8,45	7,43	2,63
10,11	6,38	8,31	7,98	10,55	9,11	8,34	3,42
НСР 0,95	0,9	1,2	1,0	1,0	0,6	0,8	0,8

Примечание: 1 - через 3 сут.; 2 - через 6 мес.: 3 - через год.;4- через 2 года.

По-видимому, первоначальный ингибирующий эффект связан с воздействием наиболее токсичных легких фракций. В полевых условиях при воздействии низких концентраций загрязнителя активность фермента повышалась и через год превосходила значения контрольного варианта опыта, что, в первую очередь, связано с улетучиванием наиболее токсичных фракций. Высокие дозы поллютанта (10,11 г /100 г почвы) ингибировали активность фермента в течение длительного периода. Через год этот показатель приближался до контрольных значений, но не достигал их. Через два года липазная активность повышалась превосходя контрольный уровень (табл.11). Это связано с накоплением не разлагающихся и малоактивных биологических веществ, которые возникали в процессе биодеградации (Allard, Nelson, 1997), в частности, остаточных компонентов нефти. Установлено, что по мере увеличения давности загрязнения почв нефтью выход липидов, в состав которых входят высокомолекулярные нелетучие углеводороды, возрастает. (Пиковский, 1993; Амосова, Бочарникова, 1994; Бочарникова, Амосова, 1997).

Повышение интенсивности процессов липолиза связано и с тем, что в деградации липидов участвуют ферментные системы очень похожие на системы биодеградации нефти (Margesin et al., 1999) Численность углеводородокисляющих микроорганизмов (УОМ) в лабораторных условиях в загрязненной нефтью серой лесной почве значительно увеличивалась уже через 3 суток после постановки опыта. Через год в полевых условиях и 1 -3 месяцев в лабораторных численность УОМ на несколько порядков превосходила уровень фоновой почвы. Содержание нефти в почве уменьшалось. К 6 месяцу убыль нефти составила 9,9% - выявлена обратная зависимость численности УОМ с содержанием остаточной нефти в почве (r = - 0,89- (-0,96), при Р?0,05).

Непосредственно после загрязнения почвы наиболее токсичными в отношении липолитических ферментов являлись легкие фракции нефти (бензин, дизельное топливо), содержащие значительное количество летучих токсичных углеводородов, которые в наибольшей степени ингибировали процессы липолиза в серой лесной почве, независимо от их дозы. Известно, что летучие компоненты нефти ингибируют нефтеокисляющую активность микроорганизмов (Atlas, Bartha, 1992). Токсический эффект моторного масла менее выражен. Асфальтит - тяжелая фракция нефти, первоначально также обладала ингибирующим эффектом, вероятно за счет создания анаэробных условий. При длительной инкубации почвы с нефтепродуктами и нефтью наблюдалось значительное повышение липолитической активности.

Таким образом, активность липазы в нефтезагрязненной серой лесной почве возрастала и коррелировала с увеличением численности УОМ, с уменьшением содержания остаточных компонентов нефти в почве.

В главе 10 «Биологическая активность рекультивируемых почв» рассмотрено влияние различных приемов рекультивации на восстановление активности ферментов, участвующих в углеводном, серном, азотном, фосфорном обменах, и окислительно-восстановительные процессы.

Влияние минеральных, органических удобрений и их сочетаний на биологическую активность почв, загрязненных нефтью

Проведенные исследования показали, что внесение полного минерального удобрения (NPK) неэффективно в интенсификации биохимической активности и численности изучаемых групп микроорганизмов нефтезагрязненной почвы (табл.12).

Таблица 12. Влияние органических и минеральных удобрений на ферментативную активность и урожай сельскохозяйственных культур на серой лесной почве, загрязненной сырой нефтью

Варианты	Каталаза, мл О2	Дегидрогеназа, мг формазана	Инвертаза, мг глюкозы	Уреаза, мг NН3	Урожай ц/га
	1	2	3	1	2	3	1	2.	3	1	2	3	1 ячмень	2 горохо-ячменная смесь	3 ячмень
Незагрязненная почва	4,5	6,9	7,5	0,3	0,3	0,2	3,5	2,4	2,9	20,1	14,8	16,0	23,8	28,0	16,6
Загрязненная почва - К	2,3	3,0	3,7	1,1	0,6	0,9	3,6	3,0	2,7	12,0	8,3	9,7	2,0	6,6	4,7
К +N60Р90К90 - 1раз	2,9	2,6	3,1	0,9	0,9	0,4	3,7	2,7	2,3	12,8	8,8	9,9	2,4	10,0	5,5
К +N60Р90К90 - ежегодно	-	4,3	5,2	-	0,6	0,5	-	2,7	2,4	-	9,3	10,5	-	27,9	7,3
K + N120P180K180 - 1 раз	2,9	2,7	4,1	1,0	0,8	0,7	4,2	2,6	2,1	12,3	12,0	8,9	5,9	17,8	10,0
K + N120P180K180 - ежегодно	-	3,0	3,6	-	0,8	0,7	-	2,5	2,4	-	11,1	13,3	-	47,5	15,4
K + N60P90K90 + 70т / га навоза - 1 раз	3,1	3,4	4,8	1,3	0,7	0,8	4,7	3,4	2,3	13,9	11,0	12,1	4,9	49,5	9,1
K + N60P90K90 + 70т / га навоза - ежегодно	-	5,6	5,0	-	1,1	0,9	-	5,0	3,2	-	13,9	14,3	-	56,7	14,0
K + N120P180K180+ 140т / га навоза - 1 раз	4,6	6,2	6,2	1,6	0,9	1,1	5,9	4,6	4,0	15,1	13,0	12,8	10,4	47,0	10,4
K +N120P180K180+ 140т /га навоза - ежегодно	-	4,1	5,7	-	1,1	2,1	-	5,2	3,9	-	13,5	13,8	-	54,0	17,4
K + 70т / га навоза -1 раз	3,6	5,0	4,9	1,1	0,8	0,8	4,8	3,9	2,2	13,1	11,8	10,8	5,0	29,8	6,3
K + 70т / га навоза - ежегодно	-	5,7	4,6	-	1,5	1,3	-	3,6	3,9	-	11,7	10,5	-	44,0	9,0
K + 140т / га навоза - 1 раз	4,1	5,4	5,5	1,3	0,9	0,8	6,4	4,6	4,4	13,4	10,9	12,3	7,7	47,0	10,0
K + 140т / га навоза - ежегодно	-	5,4	4,2	-	1,1	1,4	-	4,3	3,8	-	11,4	12,0	-	49,5	10,3
НСР 0,95		1,2	0,8	0,3	0,6	0,2	0,2	1,2	1,3	4,0	3,4	1,5	2,3	15,37	1,2

Компостирование загрязненной нефтью почвы с органо-минеральным комплексом и навозом (при высоких дозах его внесения) ведет к достоверному повышению активности каталазы, дегидрогеназы, инвертазы и уреазы (на протяжении первых трех месяцев), численности бактерий на МПА, актиномицетов, целлюлозоразрушащих аэробов, грибов, нитрификаторов. Интенсификация биологической активности усиливала процессы биодеградации загрязнителя. Если принять первоначальную дозу загрязнения 9,6г/ 100г почвы за 100%, то через месяц после постановки опыта в неудобренном варианте почвы разложилось 16,2 %, через три месяца -22,8 %, а через год - 38,3 % нефти. Внесение двойной дозы удобрений вело к росту биогенности почвы и снижению содержания нефти в большей степени, чем внесение одинарной дозы, что наблюдалось и в полевых опытах (табл.12). Это связано с созданием более благоприятных условий для роста и развития микроорганизмов. Минеральные удобрения менее эффективны в ускорении процессов деградация нефти в почве, чем органические и органо-минеральный комплекс. Так, в лабораторных условиях при внесении NPK за год разлагалось от 39,4 до 42, 8 % нефти, а при компостировании с навозом, комплексом NPK + навоз соответственно 42,2 и 46,3 %, и процессы минерализации углеводородов в этих вариантах протекали с большей интенсивностью. В полевых условиях в почве разложилось 46 % нефти, то есть на 7,7 % больше, чем в лабораторных, а через два года процент разложившейся нефти составил 56,3%. Следовательно, в деградации нефти наряду с биологическим фактором существенная роль принадлежит в полевых условиях, в отличие от лабораторных, и физико-химическим (температура, солнечная энергия). С течением времени процесс разложения нефти затормаживался. В удобренных почвах процесс очищения шел быстрее, чем в неудобренных в первые два года, затем усиливалась интенсивность биоразложения в неудобренной почве.

Интегральным показателем плодородия почв является урожайность. Уже в первый год при внесении полного минерального удобрения урожайность ячменя повысилась в I,2-2,9 раза, органо-минерального комплекса - в 2,5-5,2 раза, навоза - в 2-3,8 раза. С течением времени токсичность почвы снижалась. Если в первый год после загрязнения урожайность на загрязненной почве была меньше в 11,9 раза, чем на незагрязненной, то на третий год - в 3,5 раза. Однократное внесение удобрений оказалось менее эффективным, чем ежегодное. Двойная доза вносимых удобрений повышала урожайность в большей степени, чем одинарная. Так, ежегодное внесение двойной дозы органо-минеральных удобрений повышало урожайность горохо-ячменной смеси (зеленая масса) в 8,6 раза, а к третьему году урожайность ячменя в этом варианте достигала уровня незагрязненной почвы (табл.14).

Положительное влияние комплекса N120Р180К180 + 140 т/га навоза проявлялось и в почвах, загрязненных различными фракциями нефти (ЛГК 6%, ЭМ 6%, Г 6%). Интенсивность дыхания через 1, 3 и 12 месяцев после постановки опыта возросла в 2-4,5 раза, достоверно повышалась активность дегидрогеназы. Усиливалась активность уреазы в течение трех месяцев (кроме варианта с ЛГК). Повышалась активность инвертазы в вариантах с загрязнением фракцией ЛГК. В целом, компостирование загрязненной фракциями нефти почвы с комплексом N120Р180К180 + 140 т/га навоза повышало ее биологическую активность и ускоряло процессы биодеградации нефтяных углеводородов, что подтверждалось ростом коэффициента минерализации углеводородов.

Таким образом, внесение комплекса навоз + NPK в большей степени стимулирует биологическую активность загрязненной почвы, а, следовательно, процессы биодеградации нефтяных углеводородов. Наиболее интенсивно процессы биодеградации протекают в первый год после загрязнения нефтью, затем они замедляются.

Использование активного ила для рекультивации почв, загрязненных нефтью

На серой лесной почве, загрязненной нефтью, внесение АИ через 3 суток после загрязнения снижало токсичность нефти для многих физиологических групп микроорганизмов. Так, разные дозы АИ поддерживали на фоновом уровне численность бактерий, растущих на КАА, аммонифицирующих бактерий, актиномицетов, целлюлозоразрушающих микроорганизмов, олигонитрофилов и нитрификаторов. АИ активизировал биологические процессы в почве и повышал интенсивность ее дыхания, отмечался стойкий рост численности углеводородокисляющих микроорганизмов (рис.7). Внесение АИ благоприятно сказывалось и на биохимических параметрах почвы, возвращая к исходному уровню активность окислительно-восстановительных и гидролитических ферментов. Активность дегидрогеназы при внесении АИ значительно возрастала, повышалась всхожесть семян и значительно интенсифицировалось биоразложение нефти (табл.13). Аналогичные данные получены и в полевых условиях.

АИ ускорял биодеградацию нефти, стимулировал жизнедеятельность микробиоты, увеличивал активность каталазы, дегидрогеназы, уреазы и инвертазы. Внесение АИ позволило получить урожай ячменя в первый же год, значительно превышающий урожай на нефтезагрязненной почве, однако он не достигал уровня контрольного варианта (рис.8). В последующие годы урожай ячменя был несколько выше на рекультивируемой почве, чем на незагрязненной.

38

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 7. Численность актиномицетов (1,2) и углеводородокисляющих микроорганизмов (3,4) в нефтезагрязненной почве и обработанной активным илом (АИ). Примечание: 1, 3 - через месяц после загрязнения; 2, 4 - через 12

38

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис.8. Влияние активного ила (АИ) на урожайность ячменя.

Примечание: 1 - через год, 2 - через 2 года, 3 - через 3 года.

АИ повышал биологическую активность серой лесной почвы, загрязненной высокими концентрациями нефтяных фракций: ЛГК 6%, ЭМ 6%, ЭМ6% + Г 6%, что выражалось в некоторой стабилизации численности отдельных эколого-трофических групп микроорганизмов и восстановлении активности ферментов. Внесение АИ повышало коэффициент минерализации углеводородов при загрязнении ЛГК в 4,7 раза, ЭМ - в 4,3 раза, ЭМ + Г - в 5,2 раза. Комплекс АИ и опилок (в качестве адсорбента), используемый для очистки нефтезагрязненной почвы, по рекультивирующему действию существенно не отличался от АИ.

Таблица 13. Влияние активного ила на активность ферментов (на 1 г абс. сухой почвы), всхожесть семян (%), содержание остаточных компонентов нефти (г/100 г почвы) в нефтезагрязненной почве

Вариант опыта	Ферменты	Всхожесть семян, %	Остаточная нефть, г/100г почвы
	Дегидрогеназа, мг формазана	Каталаза, мл 02	Уреаза, мг NH3	Инвертаза, мг глюкозы
Через 1 мес. после загрязнения
Контроль (К)	6,1	5,8	0,35	25,40	100	-
К + нефть	2,9	2,9	1,53	15,85	55	8,04
К + нефть + АИ	4,0	4,4	2,19	18,30	62	6,11
Через 12 мес. после загрязнения
Контроль (К)	6,9	5,5	0,37	27,16	100	-
К + нефть	0,8	1,7	1,10	20,38	55	5,92
К+ нефть + АИ	6,1	5,4	1,10	26,00	100	3,04

Лишь для отдельных параметров биологической активности почв внесение комплекса АИ + опилки было благоприятнее, чем одного АИ.

Таким образом, использование АИ способствовало интенсификации самоочищения почв, загрязненных нефтью и нефтепродуктами. Применение активного ила благоприятно сказывалось на микробном и ферментном пуле загрязненных почв.

Использование бакпрепарата Бациспецин для рекультивации нефтезагрязненных почв

Очистка почв и грунтов путем внесения специальных культур микроорганизмов - один из наиболее распространенных способов рекультивации нефтезагрязненных почв. Использование биопрепарата Бациспецин увеличивало численность УОМ (рис.9) и ускоряло в два раза деструкцию остаточных компонентов нефти в почве (табл.14) как в полевых, так и в лабораторных условиях; усиливалась липолитическая активность серой лесной почвы, загрязненной различными дозами нефти. Самая высокая скорость липолиза отмечалась через 2 года в полевых условиях и через 1 год в лабораторных. Вероятно, в результате биодеградации нефти в почве образовывались сложные эфиры карбоновых кислот, которые являются субстратом для липаз.

38

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 9. Численность УОМ в полевых условиях при различных концентрациях нефти (г/100г почвы) с внесением Бациспецина.

Примечание: 1 - контроль; дозы нефти г/100 г: 2 - 5,67; 3 - 7,32; 4 - 9,65; 5 - 10,11.

Внесение Бациспецина в чернозем выщелоченный, загрязненный сырой нефтью в дозе 25 л/м2, ускоряло разложение нефти на 45 - 60% в течение 2,5 месяцев и повышало биомассу овса в 15 - 20 раз по сравнению с биомассой необработанной Бациспецином нефтезагрязненной почвы. Через 10 лет после загрязнения песчаного иллювиально-железистогумусового подзола нефтью на территории Быстринскнефть ПО Сургутнефтегаз в него вносили препарат Бациспецин. По истечении 2,5 месяцев после внесения препарата в нефтезагрязненную почву возрастала доля гетеротрофных бактерий, участвующих в деструкции органического вещества в 5-8 раз, бацилл - в 2-2,8 раза. В вариантах опыта с внесением Бациспецина уменьшалась численность микроскопических грибов в результате конкурентных взаимоотношений.

Таблица 14. Активность липазы и содержание остаточных компонентов нефти в серой лесной нефтезагрязненной почве и при рекультивации (полевой опыт)

Варианты опыта	Активность липазы, мл 0,05 N КОН	Остаточная нефть, г/100г
	1	2	3	4	2	3	4
Контроль -К	9,68	10,11	9,76	10,76	-	-	-
К+Бациспецин	9,79	10,23	0,97	12,15	-	-	-
Первоначальная концентрация нефти 5,67 г/100г почвы
НЗП	8,29	11,25	11,89	12,89	4,75	4,12	0,65
НЗП+Бациспецин	8,96	12,12	14,02	14,62	3,70	2,78	Сл.
Первоначальная концентрация нефти 7,32 г/100г почвы
НЗП	7,92	10,10	12,34	13,45	6,31	5,23	1,82
НЗП+Бациспецин	7,86	10,32	15,23	15,74	4,97	3,95	0,45
Первоначальная концентрация нефти 9,65г/100г почвы
НЗП	7,22	10,38	11,43	13,25	8,45	7,43	2,63
НЗП+Бациспецин	7,18	10,55	14,56	15,56	6,79	5,21	0,84
Первоначальная концентрация нефти 10,11 г/100г почвы
НЗП	6,38	8,31	7,98	10,55	9,11	8,34	3,42
НЗП+Бациспецин	-	10,02	12,95	16,44	8,99	7,32	1,12

Примечание: НЗП - нефтезагрязненная почва; 1 - через 3 сут.; 2 - через 6 мес.: 3 - через 1 год.;4- через 2 года.

С течением времени в загрязненной нефтью почве активизировались окислительно-восстановительные процессы. Активность дегидрогеназы увеличивалась в 5 раз, пероксидазы - в 9,6 раза по сравнению с незагрязненной почвой. В результате процесса трансформации нефти под действием препарата Бациспецин уменьшалось содержание общего органического углерода по сравнению с фоном на 3,6 - 5,6% (табл.15).

Таблица 15. Содержание органического углерода и продуцирование СО2 микроорганизмами при биологической рекультивации песчаного иллювиально-железисто-гумусового подзола (0-20см)

Варианты опыта	С общ. %	С-СО2 мг/100г почвы	Остаточная нефть г/100г почвы	%разложения нефти	Ферментативная активность
Нефтезагрязненная почва - К	7,8	0,7	10,30	-	Дегидрогеназа, мг формазана	Пероксидаза , мг пара бензохинона	Полифенолоксидаза, мг парабензохинона
Целинная незагрязненная почва	0,8	0,6	не обнар.	-	1,67	0,212	0,009
К+N180P180K180	6,0	0,8	7,20	30,6	0,32	0,022	0
К+Бациспецин 500 г/м2	3,6	1,4	4,52	55,8	0,97	0,488	0,003
К+Бациспецин 500 г/м2+ N180P180K180	5,6	1,6	4,92	52,4	0,93	0,569	0,005
НСР 0,95	1,7	0,4	1,52		0,34	0,213	0,004

Высокой эффективностью действия препарат обладал как при раздельном применении, так и в сочетании с минеральными удобрениями. В этих вариантах разложилось за 2,5 месяца 52,4 - 55,8% нефти (табл.15). Внесение препарата вело к снижению фитотоксичности, остаточной нефти и повышению урожайности овса на рекультивируемой почве.

Таким образом, внесение в нефтезагрязненную почву углеводородокисляющих микроорганизмов в составе препарата Бациспецин способствовало повышению биологической активности серой лесной почвы и песчаного иллювиально-железисто-гумусового подзола, ускорению разложения углеводородов.

Фитомелиорация нефтезагрязненных почв

Перспективным методом восстановления плодородия антропогенно загрязненных почв является их фитомелиорация (Меаghег, 2000; Кгаmег, Сhагdonnеs, 2001). Посев люцерны в полевом опыте на нефтезагрязненной серой лесной почве способствовал увеличению липолитической активности, которая стабилизировалась и сохранялась на высоком уровне в течение двух лет, независимо от дозы нефти (табл.16).

Таблица 16. Активность липазы и содержание остаточных компонентов нефти в серой лесной нефтезагрязненной почве и при рекультивации (полевой опыт)

Варианты опыта	Активность липазы, мл 0,05 N КОН	Остаточная нефть,г/100г почвы
	1	2	3	4	2	3	4
Контроль (К)	9,68	10,11	9,76	10,76	-	-	-
К+Фитомелиорант	9,83	11,93	11,03	14,16	-	-	-
Первоначальная концентрация нефти 5,67 г/100г почвы
НЗП	8,29	11,25	11,89	12,89	4,75	4,12	0,65
НЗП+Фитомелиорант	-	12,67	13,10	14,51	3,89	3,32	следы
Первоначальная концентрация нефти 7,32 г/100г почвы
НЗП	7,92	10,10	12,34	13,45	6,31	5,23	1,82
НЗП+Фитомелиорант	-	10,31	12,74	15,22	5,18	4,29	0,51
Первоначальная концентрация нефти 9,65г/100г почвы
НЗП	7,22	10,38	11,43	13,25	8,45	7,43	2,63
НЗП+Фитомелиорант	-	11,67	13,45	16,21	7,11	6,13	1,02
Первоначальная концентрация нефти 10,11 г/100г почвы
НЗП	6,38	8,31	7,98	10,55	9,11	8,34	3,42
НЗП+Фитомелиорант	-	10,02	12,95	16,44	8,99	7,32	1,12

Примечание: НЗП - нефтезагрязненная почва; 1 - через 3 сут.; 2 - через 6 мес.; 3 - через 12 мес.; 4- через 24 месяца.

Такие же закономерности выявлены и в лабораторных условиях. Под посевами люцерны более интенсивно уменьшалось содержание остаточных компонентов нефти в почве (табл.16), увеличивалась численность УОМ. Между активностью липазы и содержанием остаточной нефти в рекультивируемой почве обнаружена обратная связь (г = (- 0,85)-(-0,98); p?0,05), а между активностью липазы и численностью УОМ - прямая коррелятивная зависимость (г = 0,82-0,96; p?0,05). Ускорение деструкции нефти при использовании фитомелиоранта способствовало накоплению в почве продуктов деградации, что в свою очередь повышало липолитическую активность почв.

Таким образом, фитомелиорант - люцерна повышал активность липазы серой лесной почвы и ускорял деструкцию углеводородов.

В заключении приведены схемы участия пула ферментов в обмене азот-, фосфор-, серусодержащих органических веществ, в углеводном обмене; характера влияния нефти на активность изученных ферментов.

Выводы

1. Почва аккумулирует и трансформирует нефтяные углеводороды. Загрязнение почв нефтью ведет к трансформации ее ферментного пула, изменению характера ферментативных реакций, физико-химических свойств почвы, ингибирующему или активизирующему влиянию компонентов нефти на ферменты. Ферментный пул в нефтезагрязненной почве трансформирует в подвижное состояние труднодоступные соединения и разрушает поступающие в почву ингредиенты, особенно органические. Активность ферментного пула тесно связана с численностью микроорганизмов. Нефтяное загрязнение приводит к увеличению содержания органического углерода, расширяет соотношение С : N, уменьшает выход поглощенных оснований, содержание нитратного азота, увеличивает долю аммиачной формы азота, подвижного фосфора, меняет реакцию почвенной среды. Степень изменения зависит от типа загрязняющей нефти и ее свойств.

2. Загрязнение почв нефтью влияет на пул ферментов, формирующих азотный режим почвы: активизируется действие уреазы и гидроксиламинредуктаз, ингибируется действие протеазы, аспарагиназы, глутаминазы, нитрат- и нитритредуктазы. Высокие дозы сырой нефти и товарной отличаются по своему воздействию на уреазную активность в силу различного химического состава. Сырая нефть увеличивает активность уреазы и повышает содержание аммиачной формы азота в почве. Товарная нефть через два года ингибирует. Это позволяет использовать активность уреазы, нитрат- , нитритредуктазы в качестве диагностических показателей загрязненности почв нефтью.

3. Нефть ингибирует активность ферментов, участвующих в углеводном обмене, следствием чего является замедление процессов распада растительных остатков, изменение трансформации органических соединений. Прослеживается четкая зависимость активности карбогидраз от степени загрязнения почвы нефтью. Характер этих изменений зависит от состава нефти, ее химических и физических свойств, от естественной буферности почв. Сырая и товарная нефть ингибируют активность инвертазы. Со временем вследствие трансформации углеводородов в почве меняется характер их воздействия на ферментативную активность. Наиболее токсичной для ферментов группы карбогидраз из продуктов разложения углеводородов является салициловая кислота.

4. Поступление нефти в почву ведет к инактивации фосфогидролаз, уменьшению содержания подвижных фосфатов, что ухудшает передвижение фосфора в пищевых цепях, фосфорное питание растений и обеспеченность их доступными формами соединений фосфора.

5. Низкие дозы нефти стимулируют активность изученных ферментов серного обмена, высокие - подавляют. При моделировании нефтяное загрязнение приводит к снижению активности арилсульфатазы, сульфидоксидазы и активизирует сульфатредуктазу, сульфитоксидазу и сульфитредуктазу, в естественных условиях с увеличением дозы нефти снижается активность сульфитоксидазы, сульфитредуктазы, цистеиндегидрогеназы, повышается активность сульфатредуктазы. Отмечается активация арилсульфатазы, цистеиндегидрогеназы и сульфидоксидазы при низких концентрациях поллютанта. С увеличением срока воздействия активность ферментов в загрязненной почве приближается к контрольному варианту. Наряду с ингибирующим действием нефти на активность основных ферментов серного обмена наблюдается увеличение численности тионовых и сульфатвосстанавливающих бактерий, что предотвращает потери серы в почве. В нефтезагрязенных почвах интенсивнее идут процессы, направленные на восстановление сульфитов и сульфатов по сравнению с окислением соединений серы. Это может привести к уменьшению содержания сульфатной формы серы, используемой для питания растениями, и накоплению восстановленных соединений.

6. Активность пероксидазы и полифенолоксидазы выше в выщелоченном черноземе в начальный период после загрязнения, а в серой лесной почве она нарастает постепенно. В обоих типах почв низкие дозы нефти стимулируют пероксидазу и полифенолоксидазу, высокие - ингибируют. Из нефтепродуктов наиболее токсичное действие оказывал ДГФ, содержащий в своем составе ароматические углеводороды. Менее доступен ферментативному окислению асфальтит. Нефтяное загрязнение повышает активность аскорбатоксидазы пропорционально концентрации загрязнителя, и ее можно использовать в качестве одного из показателей загрязненности почв нефтью.

В темно-серой лесной почве при загрязнении товарной нефтью и нефтепродуктами окислительно-восстановительные реакции с участием каталазы и дегидрогеназ протекают интенсивнее, чем в серой лесной. Нефтяное загрязнение снижает активность оксидоредуктаз. Сырая нефть в течение длительного времени уменьшает активность каталазы, не влияя существенно на дегидрогеназную активность. Через десять лет после загрязнения окислительно-восстановительные реакции в почве интенсифицируются. Изменение активности ферментов зависит как от состава, так и от дозы загрязнителя. Первоначально ингибирующее действие на активность каталазы и дегидрогеназы оказывает ЛГК, по истечении трех месяцев - ЭМ + Г и ЭМ, а через год все фракции ингибируют активность дегидрогеназы, для каталазы менее токсичным был ЛГК в низких концентрациях.

7. Активность липазы в нефтезагрязненной серой лесной почве возрастает, со временем стабилизируется и сохраняется длительное время на достаточно высоком уровне. Интенсивный липолиз коррелирует с увеличением численности УОМ и с уменьшением содержания остаточных компонентов нефти в почве.

8. Парафиновые и циклопарафиновые углеводороды активизируют, а ароматические углеводороды ингибируют активность уреазы, амилазы, инвертазы, ксиланазы, целлюлазы, фосфатазы, каталазы, дегидрогеназы.

9. Приемы биорекультивации, направленные на стимуляцию аборигенной углеводородокисляющей микробиоты (внесение минеральных, органических удобрений и их сочетания), внесение активного ила, углеводородокисляющих микроорганизмов в виде бакпрепарата Бациспецин и использование люцерны в качестве фитомелиоранта, значительно повышают биологическую активность почв, ускоряют процессы биоразложения нефтяных углеводородов, снижают их токсичность, нормализуют ферментативную активность и в более короткие сроки ведут к восстановлению почв до исходного состояния.

Список основных трудов, опубликованных по теме диссертации

Монографии, брошюры и учебные пособия:

1. Новоселова Е.И. Структурно-функциональная трансформация биогеоценоза при нефтяном загрязнении и пути его восстановления. Уфа, РИО БашГУ, 2004. 126с.

2. Киреева Н.А., Водопьянов В.В., Новоселова Е.И., Онегова Т.С., Жданова Н.В. Микробиологическая рекультивация нефтезагрязненных почв. Москва, ОАО «ВНИИОЭНГ», 2001. 40с.

3. Мифтахова А.М., Киреева Н.А., Кузяхметов Г.Г., Новоселова Е.И. Практикум по почвоведению: Учебное пособие. Уфа: РиО БашГУ, 2004. 120с.

4. Кузяхметов Г.Г., Мифтахова А.М., Киреева Н.А., Новоселова Е.И. Биологическая активность почв: Руководство к практическим занятиям. Уфа: РиЦ БашГУ, 2007. 102с.

Статьи в журналах, рекомендуемых ВАК для публикаций основных результатов докторской диссертации

5. Хазиев Ф.Х., Тишкина Е.И., Киреева Н.А., Кузяхметов Г.Г. Влияние нефтяного загрязнения на некоторые компоненты агроэкосистемы // Агрохимия. - 1988. №2. - С.56-61.

6. Хазиев. Ф.Х., Тишкина Е.И., Киреева Н.А. Влияние нефтепродуктов на биологическую активность почв // Научн. докл. высш.шк. Биол. науки. - 1988. № 10. - С.93-99.

7. Киреева Н.А., Новоселова Е.И., Хазиев Ф.Х. Использование активного ила для рекультивации почв, загрязненных нефтью // Почвоведение. - 1996. № 11. - С.1399-1403.

8 Киреева Н.А., Новоселова Е.И., Хазиев Ф.Х. Ферменты азотного обмена в нефтезагрязненных почвах // Известия АН. Сер. биол. - 1997. - С.755-759.

9. Киреева Н.А., Новоселова Е.И., Хазиев Ф.Х. Фосфогидролазная активность нефтезагрязненных почв // Почвоведение. - 1997. №6. - С.723-725.

10. Киреева Н.А., Новоселова Е.И., Хазиев Ф.Х. Активность карбогидраз в нефтезагрязненных почвах // Почвоведение. - 1998. №12. - С.1444-1448.

11. Киреева Н.А., Новоселова Е.И., Ямалетдинова Г.Ф. Активность оксидоредуктаз в нефтезагрязненных и рекультивируемых почвах // Агрохимия. - 2001. №4. - С.53-60.

12. Киреева Н.А., Новоселова Е.И., Ямалетдинова Г.Ф. Диагностические критерии самоочищения почвы от нефти // Экология и промышленность России. - 2001. № 12. - С.34-35.

13. Киреева Н.А., Ямалетдинова Г.Ф., Новоселова Е.И., Хазиев Ф.Х. Ферменты серного обмена в нефтезагрязненных почвах // Почвоведение. - 2002. №4. - С.474-480.

14. Киреева Н.А., Новоселова Е.И., Онегова Т.С. Активность каталазы и дегидрогеназы в почвах, загрязненных нефтью и нефтепродуктами // Агрохимия. - 2002. №8. - С.64-72.

15. Киреева Н.А., Бакаева М.Д., Тарасенко Е.М., Галимзянова Н.Ф., Новоселова Е.И. Снижение фитотоксичности нефтезагрязненной серой лесной почвы при биорекультивации //Агрохимия. - 2003. №2.- С.50-55.

16. Киреева Н.А., Тарасенко Е.М., Шамаева А.А, Новоселова Е.И. Влияние загрязнения почв нефтью и нефтепродуктами на активность липазы // Почвоведение. - 2006. № 8. - С.1005-1011.

17. Новоселова Е.И. Использование ферментативной активности для мониторинга биоремедиации нефтезагрязненных почв // Вестник Оренбургского государственного университета. - 2007. №75. - С.246-247.

18. Щемелинина Т.Н., Новоселова Е.И., Киреева Н.А., Маркарова М.Ю. Диагностирование степени загрязненности почв нефтью по показателям ферментативной активности // Вестник Оренбургского государственного университета. - 2007. №75. - С.432-434.

Патенты

19. Патент РФ №2077397, МКИ В 09 с 1/10. Способ рекультивации почв, загрязненных нефтью и нефтепродуктами /Андресон Р.К., Хазиев Ф.Х., Дешура В.С., Багаутдинов Ф.Я., Бойко Т.Ф., Новоселова Е.И. Заявл. 15.06.93. Опубл. 20.04.97 Бюлл. №11.

Внедрения

20.Тишкина Е.И. Восстановление плодородия почв. Внедрение. - Информационный листок. ЦНТИ. № 196-86. - 1986. - 2с.

Статьи, материалы, тезисы

21. Тишкина Е.И., Киреева Н.А. Ускорение деструкции нефти в черноземах микроорганизмами: Тез. докл. «Роль черноземов Башкирии в решении продовольственной программы». - Уфа, 1983. - С.56-57.

22. Тишкина Е.И., Киреева Н.А. Влияние нефтяного загрязнения на биологические свойства почв: Тез. докл. научн. конф. БФ АН СССР. - Уфа, 1983. - С.127.

23. Тишкина Е.И., Киреева Н.А. Активность ферментов фосфорного обмена в эродированных почвах: Сб. научн. тр. «Эрозия почв Южного Приуралья». - Уфа. Изд-во БФАН, 1984. - С.103-110.

24. Тишкина Е.И. Влияние нефтяного загрязнения на активность почвенных ферментов под посевами проса и овса: Тез. докл. науч. конф. «Вклад ботаников Башкирии в осуществление продовольственной программы». - Уфа, 1984. - С.30.

25. Хазиев Ф.Х., Тишкина Е.И., Киреева Н.А. Некоторые способы стимуляции самоочищения почв от нефтепродуктов: Тез. докл. «Вопросы ограничения циркуляции загрязняющих веществ в объектах окружающей среды». - Уфа, 1984. - С.23-25.

26. Тишкина Е.И., Киреева Н.А. Эффективность некоторых приемов повышения биологической активности нефтезагрязненных почв: Тез. докл. научн. конф. «Изучение, охрана и рациональное использование природных ресурсов». БФ АН СССР. - Уфа, 1985. С.83.

27.Тишкина Е.И., Киреева Н.А. Изменение биохимических и микробиологических параметров нефтезагрязненных почв: Тез. докл. VII делегатского съезда ВОП. - Ташкент, 1985. - Ч.2. - С.188.

28. Хазиев Ф.Х., Тишкина Е.И., Киреева Н.А., Шамратова В.Г. Некоторые критерии оценки почв, загрязненных нефтью и нефтепродуктами // Актуальные вопросы гигиены окружающей среды в связи с интенсивным развитием нефтяной и газовой промышленности. - Уфа, 1985. - С. 99-100.

29. Киреева Н.А., Тишкина Е.И., Хазиев Ф.Х. Участие микроорганизмов в самоочищении нефтезагрязненных почв: Тез. докл. VII делегатского съезда микробиологического общества. - Алма-Ата, 1985. - Т.6. - С.83.

30. Тишкина Е.И., Хазиев Ф.Х. Изменение биохимических свойств почв при загрязнении нефтью и трансформация нефти в почвенной экосистеме: Тез. докл. Всес. совещания «Мониторинг нефти и нефтепродуктов в окружающей среде». - Уфа, 1985.- С. 66-69.

31. Хазиев Ф.Х., Тишкина Е.И., Кузяхметов Г.Г., Киреева Н.А., Минибаев Р.Г., Сайфуллина З.Н. Изучение влияния нефтяного загрязнения на некоторые компоненты агробиоценозов: Тез. конф. «Региональные проблемы экологии». Казань, 1985. - Ч.1. - С.44-46.

32. Тишкина Е.И., Киреева Н.А. Окультуривание нефтезагрязненных серых лесных почв: Сб. статей «Повышение плодородия почв в условиях интенсивной системы земледелия». - Уфа. БФ АН СССР, 1986. - С.146-152.

33. Тишкина Е.И., Киреева Н.А. Микробиологические процессы и урожайность сельскохозяйственных культур в нефтезагрязненных почвах: Материалы Всес. конф. «Микробиологические процессы в почвах и урожайность сельскохозяйственных культур». - Вильнюс, 1986. - С.360.

34. Киреева Н.А., Тишкина Е.И. Скрининг микроорганизмов, устойчивых к действию нефти: Тез. докл. конф. «Скрининг в системе интенсификации научных исследований». - Уфа, 1986. - С. 49-50.

35. Киреева Н.А., Тишкина Е.И., Сайфуллина З.Н. Состояние почвенного микробоценоза при воздействии нефти и нефтепродуктов: Тез. докл. «Проблемы изучения, охраны и рационального использования природных ресурсов Башкирии». - Уфа, 1987. - С. 157-158.

36. Юмагузина Х.А., Киреева Н.А., Тишкина Е.И. Анализ действия нефти на культуру овса и рекультивация загрязненных нефтью земель: Тез. докл. «Актуальные вопросы охраны окружающей среды». - Тамбов, 1987. - С.37-38.

37. Новоселова Е.И., Хазиев Ф.Х. Изменение свойств серой лесной нефтезагрязненной почвы и пути восстановления ее плодородия: Тез. докл. V Уральского совещания «Проблемы рекультивации нарушенных земель». 14-18 ноября 1988г. - Свердловск, 1988. - С. 139-140.

38. Хазиев Ф.Х., Мукатанов А.Х., Кольцова Г.А., Новоселова Е.И. и др. Восстановление и повышение плодородия техногенно нарушенных земель. - Комплексная программа повышения плодородия почв Башкирской АССР на 1989 - 1995гг. - Уфа, 1989. - С.139-150.

39.Тишкина Е.И., Киреева Н.А. Влияние различных нефтепродуктов на биологическую активность карбонатного чернозема: Тез. докл. VIII Всесоюзного съезда почвоведов. - Новосибирск, 1989. - Т.2. - С.337.

40. Тишкина Е.И., Киреева Н.А.Влияние навоза на урожайность ячменя в почве, загрязненной нефтью: Тез. докл. « Экологические проблемы агропромышленного комплекса Башкирской АССР». - Уфа, 1989. - С.55.

41. Тишкина Е.И. Влияние нефтяного загрязнения на свойства серых лесных почв Предуралья и пути восстановления их плодородия : Автореф. дис….канд. биол. наук. - Воронеж, 1989. - 23с.

42. Киреева Н.А., Тишкина Е.И. Ускорение биодеструкции нефтяных загрязнений при рекультивации почв: Межвуз. сб. научн. статей « Актуальные вопросы биотехнологии». - Уфа. БашГУ, 1990. - С. 36-44.

43. Андресон Р.К., Бойко Т.Ф., Багаутдинов Ф.Я., Даниленко Л.А., Денежкин Е.М., Новоселова Е.И., Хазиев Ф.Х., Андресон Б.А. Применение биологического метода для очистки и рекультивации нефтегазозагрязненных почв // Защита от коррозии и охрана окружающей среды. - 1994. №2. - С.16-18.

44. Новоселова Е.И. Использование активного ила для ускорения биодеструкции нефти в почве: Тез. докл. I Всесоюз. науч. конф. «Биология почв антропогенных ландшафтов».15-17 октября 1991г. - Днепропетровск. Изд-во: ДГУ, 1995. - С.57.

45. Андресон Р.К., Бойко Т.Ф., Багаутдинов Ф.Я., Новоселова Е.И., Хазиев Ф.Х. Применение бактериального препарата для рекультивации нефтезагрязненных почв: Межвуз. научн. сб. «Вопросы биотехнологии». - Уфа. Изд-во: БашГУ, 1995. - С.9-14.

46. Киреева Н.А., Тишкина Е.И. Изучение интенсивности процессов самоочищения нефтезагрязненных почв: Тез. докл. «Актуальные вопросы экологии Республики Башкортостан». - Уфа, 1995. - С. 37-38.

47. Киреева Н.А., Новоселова Е.И. Сравнительное изучение биодеградации нефти в естественных и лабораторных условиях // Итоги исследований биологического факультета Башкирского государственного университета за 1994г. - Уфа, 1995. - С.95-96.

48. Киреева Н.А., Новоселова Е.И. Особенности микробоценоза серой лесной почвы, загрязненной нефтяными фракциями // Итоги исследований биологического факультета Башкирского государственного университета за 1994г. - Уфа, 1995. - С.96-97.

49. Киреева Н.А., Новоселова Е.И. Некоторые приемы рекультивации нефтезагрязненной серой лесной почвы: Сб. статей науч. конф. по науч.-технич. программам Госком вуза России. - Уфа. БашГУ, 1996. - С.195-196.

50. Новоселова Е.И., Киреева Н.А. Моделирование условий рекультивации нефтезагрязненных почв в лабораторных условиях // Итоги науч. исследований биологического факультета Башкирского госуниверситета за 1995 год. - Уфа. БашГУ, 1996. - С.11-12.

51. Киреева Н.А., Новоселова Е.И. Влияние нефтепродуктов на биологическую активность серой лесной почвы: Тез. докл. II съезда общества почвоведов. - С.- Петербург, 1996. - Кн. 1. - С.261.

52. Kireeva N.A., Novoselova E.I., Khaziev F.X. Use of active sludge for reclamation of oil - polluted soils // Eurasian Soil Sci. - 1996. - V.29. N11. - P.1305-1308.

53. Киреева Н.А., Новоселова Е.И., Кузяхметов Г.Г. Продуктивность сельскохозяйственных культур на нефтезагрязненных и рекультивируемых почвах: Межвуз. сб. научн. тр. «Экологические проблемы Республики Башкортостан». - Уфа: БГПИ, 1997. - С.293-299.

54. Kireeva N.A., Novoselova E.I., Khaziev F.X. The phosphohydrolase activity of the oil - polluted soils // Eurasian Soil Sci. - 1997. - V.30. №6. - P.639-641.

55. Киреева Н.А., Новоселова Е.И., Хазиев Ф.Х. Изменение свойств серой лесной почвы при загрязнении нефтью и в процессе рекультивации // Башкирский экологический вестник. - 1998. № 3. - С. 3-7.

56. Kireeva N.A., Novoselova E.I., Khaziev F.X. Carbohydrase activity in oil - contaminated soils // Eurasian Soil Sci. - 1998. - V.31. №12. - P.1314-1318.

57. Киреева Н.А., Ямалетдинова Г.Ф., Мифтахова А.М., Новоселова Е.И. Комплексная система показателей биологической активности почв для индикации токсичности нефтяных загрязнений // Башкирский экологический вестник. - 2000. №2(9). - С.26-30.

58. Киреева Н.А., Онегова Т.С., Новоселова Е.И. Использование ферментативной активности для биоиндикации нефтезагрязненных и рекультивируемых почв: Тез. докл. Всеросс. науч.-практ. конф. «Актуальные вопросы мониторинга экосистем антропогенно-нарушенных территорий». - Ульяновск, 2000. - С.51-53.

59. Тарасенко Е.М., Новоселова Е.И., Валиуллина А.А.,Онегова Т.С. Использование ферментативной активности для диагностики антропогенной трансформации почв: Матер. междунар. конфер. «Почва как связующее звено функционирования природных и антропогенно-преобразованных экосистем». 8-12 октября 2001г. - Иркутск, 2001. - С.156.

60. Киреева Н.А., Новоселова Е.И., Ямалетдинова Г.Ф. Оценка состояния почв, загрязненных нефтью, по показателям ферментативной активности: Тез. докл. XI Межд. симпозиума по биоиндикаторам «Современные проблемы биоиндикации и биомониторинга». - Сыктывкар, 2001. - С.77-78.

61. Киреева Н.А., Новоселова Е.И., Тарасенко Е.М., Онегова Т.С. Микробиологическая рекультивация нефтезагрязненных почв: Матерiали Першоi науковоi конференцii «Вiдновлення порушених природных екосистем». - Донецьк, 2002. - С.191-193.

62. Kireeva N.A., Yamaletdinova G.F., Novoselova E.I., Khaziev F.X. Sulfur - metabolizing enzymes in oil - contaminated soils // Eurasian Soil Sci. - 2002. - V.35. №4. - P.421-427.

63. Киреева Н.А., Новоселова Е.И. Загрязненной почве поможет ил // Табигат. Экологический журнал. - 2003. № 4-5. - С.21.

64. Kireeva N.A., Vodopyanov V.V., Tarasenko E.M.,Onegova T.S., Novoselova E.I. Assesment of toxicity of oil-contaminated soil by microbial activity indexes // Modern problems of bioindication and biomonitoring. Proceeding of the XI International symposium of bioindicators. - Syktyvkar, 2003. - P. 182-188.

65. Киреева Н.А., Новоселова Е.И., Валиуллина А.А. Использование липазной активности для биомониторинга деградации нефти и нефтепродуктов в почве: Матер. IV съезда Докучаевского общества почвоведов «Почвы - национальное достояние России». 9-13 августа 2004г. - Новосибирск: Наука-Центр, 2004. - С.630.

66. Новоселова Е.И. Биодиагностика и мониторинг состояния загрязненных нефтью почв: Матер. междун. конф. « Экология и биология почв». - Ростов - на - Дону, 2004. - С.201.

67. Киреева Н.А., Новоселова Е.И., Онегова Т.С. Биоремедиация почв, загрязненных нефтью, внесением органических отходов: Материалы третьего съезда общества биотехнологов России. 25-27 октября 2005г. - Москва, 2005. - С.185-186.

68. Киреева Н.А., Новоселова Е.И., Онегова Т.С. Активизация разложения нефти в почве при внесении органических отходов: Матер. межд. конф. «Проблемы биодеструкции техногенных загрязнений окружающей среды». - Саратов, 2005. - С. 75-76.

69. Kireeva N.A., Tarasenko E.M., Shamaeva A.A. and Novoselova E.I. Effect of Oil and Oil Products on Lipase Activity in Gray Forest Soil // Eurasian Soil Science. - 2006. - V.39. № 8. - Р. 905-910.

70. Новоселова Е.И., Киреева Н.А. Мониторинг состояния нефтезагрязненных почв по активности аскорбатоксидазы: Тез конф. «Экология биосистем: проблемы изучения, индикации и прогнозирования». - Астрахань, 2007. С.

71. Новоселова Е.И., Киреева Н.А. Мониторинг состояния нефтезагрязненных почв по активности окислительно-восстановительных ферментов: Матер. Междун. научн. конф. «Биологическая рекультивация и мониторинг нарушенных земель». 4 - 8 июня 2007г. - Екатеринбург, 2007. - С. 536-543.

72. Новоселова Е.И., Тарасенко Е.М. Ферментативная активность как индикатор эффективности рекультивации нефтезагрязненных почв: Матер.VI Междун. заочной научн. конф. «Экология и биология почв». окт. 2007г. - Ростов - на - Дону, 2007. - С.

Размещено на Allbest.ru

...