МИКРОБИОЛОГИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ ПОЧВ ЧР, ЗАГРЯЗНЕННЫХ НЕФТЬЮ И НЕФТЕПРОДУКТАМИ

АННОТАЦИЯ

В Чеченской Республике основным природным ресурсом, определяющим потенциал социально-экономического развития,  является нефть. Разведка, добыча и транспортировка способствует загрязнению нефтью окружающей среды, в частности, почв. Нами была изучена микрофлора почв Шалинского района и нефтебазы в селе Мескер-юрт Шалинского района, где долгое время хранилась  и подвергалась транспортировке нефть. В загрязненной почве были выявлены основные морфологические и физиологические  группы микроорганизмов.

Ключевые слова: нефть, почва, микроорганизмы, бактерии, азотфиксаторы, актиномицеты, нефтезагрязнение, мониторинг.

На формирование почвенных биоценозов оказывает отрицательное  воздействие длительное антропогенное влияние. Хочется отметить, что исследования, касающиеся микробиоценозов почв  Чеченской Республики, находящихся в зоне влияния предприятий нефтегазовой отрасли, малочисленны.

Анализ и оценка состояния почв является составляющей  производственного экологического мониторинга.

Для исследования почв, подвергающихся антропогенному влиянию, используются различные показатели, например, ПДК и ОДК химических веществ и определение токсичности почв. Оценка состояния и изменения почвенной биоты является одной из важнейших задач мониторинга почв в нефтегазовой отрасли и  почвенные микроорганизмы являются наиболее чувствительными индикаторами изменения почвенно-экологических условий [12]. Недостаточная изученность  изменений  в почвах может привести к деградации почвенных экосистем.

В связи с этим, влияние загрязняющих веществ предприятий нефтегазовой отрасли на химические и микробиологические компоненты почв является достаточно актуальным.

Нами была изучена микрофлора почв Шалинского района и нефтебазы в селе Мескер-юрт Шалинского района, где долгое время хранилась и подвергалась транспортировке нефть. Прилегающие территории вследствие такого воздействия преобразовались в грунт. Пробы почвы и грунта отбирались около трубопровода, в местах попадания нефти в почву, а также с территорий, прилегающих к резервуарам, содержащим различные виды нефтепродуктов (дизельное топливо, керосин).

Исследуемая почва в районе нефтебазы определена как светло-каштановая почва. Для каштановых почв почвообразующими породами являются карбонатные лессовидные суглинки, лессы, засоленные суглинки и глины, продукты выветривания песчаников, известняков [15].

Объектами наших исследований явились почвы, отобранные в зоне влияния нефтескважин №82 и №32 (Гойткортовское месторождение). Почвенный покров территории, на которой располагается Гойт-Кортовское газоконденсатное месторождение, представлен карбонатными песками, бурыми полупустынными почвами.

Гойткортовское месторождение расположено в селе Мескер-юрт Шалинского района, в 22 километрах от г.Грозный, где образовалась техногенная территория, которая включает водную, воздушную и почвенную среды. В образовании техногенной территории участвуют сточные воды, газовые выбросы и различные отходы  переработки сырья на нефтескважинах.

В результате исследований выявлены основные морфологические и физиологические группы микроорганизмов. К морфологическим группам относятся бактерии, грибы, дрожжи, актиномицеты, к физиологическим - сапротрофные, аммонифицирующие, нитрифицирующие I и IIфазы, денитрифицирующие, азотфиксирующие, сульфатредуцирующие, фосформинерализующие, маслянокислые, целлюлозоразрушающие.

Отбор проб и исследования проводились в течение 2015-2016 гг.

Изучение влияния различных антропогенных воздействий (дизельное топливо) и температурного фактора на структуру и функционирование микробных сообществ в почве проводили в модельных опытах. Пробы почв

для постановки модельных опытов отбирали по ГОСТу 28168-99 [18] из горизонта Амах с глубины 0-30 см.

Для постановки модельных опытов использовали стеклянные сосуды (эксикаторы), масса почвы в которых составила 5,0 кг, высота слоя почвы 30см.

С целью изучения динамики микробных популяций в исследуемых почвах проводились посевы на ряд питательных сред для выделения различных морфологических и физиологических групп микроорганизмов, определялась их численность и качественный состав микрофлоры.

Для изучения микробного пейзажа почв произведены посевы методом предельных разведений глубинным и поверхностным способом на жидкие и твердые питательные среды в троекратной повторности. Для выделения микроорганизмов основных физиологических групп (микроорганизмов круговорота азота, сульфатредуцирующих, маслянокислых, аэробных целлюлозоразрушающих) и изучения состава почвенных грибов, дрожжей, актиномицетов использовали общепринятые методы и методики [13,16,17,18]

Для выделения микроорганизмов, участвующих в круговороте азота использовали следующие среды: аммонификаторов — рыбо-пептонный бульон (РПБ); нитрификаторов - элективную минеральную среду Виноградского; денитрифицирующих - элективную среду Гильтая; азотфиксирующих микроорганизмов - метод посева почвы мелкоземом на среду Эшби [17].

Для выделения сульфатредуцирующих микроорганизмов использовали среду Таусона; маслянокислых - элективную среду Виноградского; аэробных целлюлозоразрушающих - среду Омелянского.

Выделение и учет численности мицелиальных грибов, дрожжей и актиномицетов проводили на агарах Чапека и Сабуро.

Для характеристики комплексов микроскопических грибов определяли обилие вида как процентное содержание колоний одного вида по отношению к общему числу колоний, вырастающих при высеве почвенной суспензии на питательной среде.

Такие показатели, как микробный пул (фоновое содержание микроорганизмов), минимальные значения численности, емкость почвенной среды (максимальные показатели численности микроорганизмов за исследуемый период), были определены на основании концепции строения и функционирования комплекса почвенных микроорганизмов [15].

Разграничение микроорганизмов проводили по морфологическим и культуральным свойствам, используя Определитель бактерий Берджи. (1997).

Для определения численности морфологических и физиологических групп, использовали метод предельных разведений и метод высева на плотные и жидкие питательные среды: МПА -для сапрофитов; РПБ - для аммонифицирующих;  минеральную среду Виноградского — для нитрифицирующих; среду Гильтая - для денитрифицирующих [18].

Общее микробное число почвы (ОМЧ) для всех образцов в исследуемый период составило 10⁶ -10⁷ КОЕ/г, что по шкале численности бактерий по Д.Г. Звягинцеву характеризует загрязненные  почвы как «богатые».

При изучении микробного пейзажа почвы, отобранной в зоне влияния нефтяного загрязнения, из двух горизонтов (0-5 и 10-30 см) выделены различные физиологические и морфологические группы микроорганизмов (табл. 1).

Численность микроорганизмов круговорота азота в горизонте 0-5 см составила (КОЕ/г): аммонифицирующих —10⁴-10⁷, нитрифицирующих I и IIфазы - от ед. клеток до 10 , денитрифицирующих — от ед. клеток до10², азотфиксирующих - 10²- 10³

При этом отмечено, что в более глубоком горизонте (10-30 см) численность аммонифицирующих микроорганизмов снижается до10-10⁵ КОЕ/г, тогда как численность других микроорганизмов круговорота азота одинакова во всех горизонтах (табл. 2).

Во всех пробах почв обнаружены сульфатредуцирующие микроорганизмы: их численность во всех пробах существенно не меняется и составляет 10-10²КОЕ/г. Численность фосформинерализующих микроорганизмов выше в верхнем горизонте на 1 порядок и составляет 10⁵ КОЕ/г (табл. 1).

Таблица1.

Численность микроорганизмов в почвах ЧНГК (данные 2015 г).

Во всех пробах почв выявлены аэробные и анаэробные мезофильные и термофильные целлюлозоразрушающие микроорганизмы и микроорганизмы, вызывающие маслянокислое брожение. Их численность существенно не менялась и составила 101-102 КОЕ/г. При изучении анаэробного процесса разложения целлюлозы в исследуемых почвах установлено, что наиболее интенсивно данный процесс протекает в мезофильных условиях: экспонирование при 30°С показало более интенсивное проявление признаков развития микроорганизмов данной группы.

Из всех проб почвы выделены плесневые грибы, дрожжи, актиномицеты. Отмечено, что численность данных микроорганизмов в горизонте 10-30 см снижается на 1-2 порядка, по сравнению с верхним горизонтом, и составляет в среднем: плесневые грибы — 10 , дрожжи - 10 -103, актиномицеты - 102-104 КОЕ/г.

В горизонте 10-30 см в целом наблюдается снижение численности аэробных микроорганизмов, что связанно с более низким содержанием кислорода и гумуса в глубоких горизонтах исследуемой почвы.

Численность сапротрофных микроорганизмов (или общее микробное число - ОМЧ) почвы, содержащей 760-9600 мг НУ/кг почвы (табл. 2),составила в среднем 107 КОЕ/г, что по шкале численности бактерий по Д.Г. Звягинцеву (1987) характеризует исследуемые почвы как «богатые».

Для образцов почв, отобранных непосредственно около резервуаров с нефтепродуктами, характеризующихся превышением ОДК (1000 мг/кг) по содержанию нефтяных углеводородов в 116 раз (116000 мг/кг), численность

сапротрофов выше на порядок (6,8*108 КОЕ/г), что характеризует исследуемый образец как «очень богатый».

Таблица 2.

Численность физиологических групп микроорганизмов в исследуемых почвах нефтебазы

При изучении физиологических групп почвенной микрофлоры установлено, что микроорганизмы круговорота азота в почве, содержащей следы незначительного загрязнения (760-6000 мг/кг), по численности (КОЕ/г) располагаются в следующей последовательности: денитрифицирующие (10-105)>аммонифицирующие(104)> нитрифицирующие Iфазы (10 -10 )>азотфиксирующие (102-103) > нитрифицирующие IIфазы (ед. кл.-10). В почве, сильно загрязненной нефтяными углеводородами (9600-116000 мг/кг), по численности они распределились следующим образом (КОЕ/г): аммонифицирующие (104-106) > денитрифицирующие (105) > нитрифицирующие I фазы (10-10)> азотфиксирующие (10) > нитрифицирующие II фазы (ед. клетки). При этом следует отметить, что наиболее чувствительной группой оказались нитрифицирующие II фазы, т.к. именно для них характерно наличие единичных клеток в пробах с максимальными концентрациями НУ (табл. 2).

Численность маслянокислых микроорганизмов составила в среднем 103-105 КОЕ/г; фосформинерализующих - 104-106 КОЕ/г.

Численность целлюлозоразрушающих микроорганизмов во всех почвах, содержащих нефтяные углеводороды (760-116000 мг/кг), колебалась в пределах от 101 до 103 КОЕ/г.

Сульфатредуцирующие микроорганизмы во всех отобранных пробах почвы не обнаружены.

Таким образом, в ходе проведенных исследований установлено, что почвы на территории нефтебазы испытывают неоднородное влияние нефтяных углеводородов. При этом отмечено, что содержание в исследуемых почвах нефтяных углеводородов в интервале 760-6000 мг/кг в сравнении с почвой, не содержащей НУ, способствует увеличению численности фосформинерализующих и азотфиксирующих микроорганизмов на 1 порядок, денитрифицирующих, целлюлозоразрушающих и маслянокислых микроорганизмов - в среднем на 2-3 порядка; снижению численности нитрифицирующих микроорганизмов во всех пробах в среднем на 2 порядка. При содержании НУ в количестве 9600 - 116000 мг/кг по сравнению с незагрязненной почвой увеличивается численность фосформинерализующих и маслянокислых микроорганизмов на 1 порядок, аммонифицирующих микроорганизмов - на 1-2 порядка, денитрифицирующих и целлюлозоразрушающих микроорганизмов - в среднем на 2-3 порядка. В то время как численность нитрификаторов IIфазы снижается на 3 порядка.

Полученные данные показывают, что к воздействию нефтяных углеводородов наиболее чувствительными почвенными микроорганизмами являются микроорганизмы круговорота азота: даже при незначительном содержании загрязнителя (760 мг/кг) численность нитрифицирующих микроорганизмов II фазы снижается на 1 порядок, денитрифицирующих микроорганизмов - увеличивается на 2 порядка. Численность азотфиксирующих микроорганизмов существенно не изменяется.

Анализ данных, полученных при изучении экологического состояния почв исследуемых объектов, показал, что длительное антропогенное воздействие не приводит к полному подавлению функционирования почвенных микроорганизмов, а возникающие адаптационные механизмы в исследуемых почвах позволяют развиваться микроорганизмам различных физиологических и морфологических групп и осуществлять важнейшие почвенные процессы. Отмечено, что наиболее чувствительными к воздействию длительной антропогенной нагрузки оказались микроорганизмы круговорота азота, а именно –нитрификаторы  I и IIфаз.

 Список литературы:

1. Гарибова, Л.В. Основы микологии / М.: Товарищество науч. изданий КМК, 2005. - 220 с.
2. Гузев, B.C.  Микроорганизмы как компонент биогеоценоза. - Алма-Ата: Изд. Каз. ГУ, 1982. - С. 91-92.
3. Гузев, B.C. Перспективы эколого-микробиологической экспертизы состояния почв при антропогенных воздействиях /Вестн. Моск. ун-та. Сер. 17, Почвоведение. — 1991. - № 9. - С 50- 62.
4. Гузев, B.C.  Микроорганизмы и охрана почв. - М.: Изд-во МГ,1989. -С 129-150.
5. Звягинцев, Д.Г. Биология почв: учебник / 3-е изд., испр, и доп. - М.: Изд-во МГУ, 2005. - 445 с. 439-440.
6. 3енова, Г.М. Разнообразие актиномицетов в наземных экосистемах: учебное пособие /- М.: Изд-во МГУ, 2002. -132 с.
7. Исмаилов, Н.М. Микробиология. - 1983. - Т. 52. - Вып. 6. -С. 1003-1007.
8. Калачникова, И.Г. Биодинамика почв: сб. науч. тр. -Таллин, 1988. -С. 83.
9. Киреева, Н.А. Влияние нефтяного загрязнения почв нефтью инефтепродуктами на численность и видовой состав микромицетов / Вестн. Моск. ун-та. Сер. 17,  - 1995. -№ 2. - С. 211-216.
10. Кураков, А.В. Нефтяные загрязнения: контроль и реабилитация экосистем / М.: Изд-во ФИАН, 2003. - С. 48-109.
11. Левин, B.C. Микроорганизмы и охрана почв - М.:Изд-во МГУ, 1989. - С. 5-46.
12. Ильин, В.Б. Микробиоценозы почв при антропогенном воздействии: сборник экспериментальных материалов - Новосибирск: Наука, 1985. — 125 с.;
13. Мирчинк, Т.Г. Успехи микробиологии. - 1985. - № 20. — С. 198-226.
14. Умаров М.М. Микробиологическая трансформация азота в почве: монография - М.: ГЕОС, 2007. - 138 с.
15. Добровольский, Г.В. Структурно-функциональная роль почв и почвенной биоты в биосфере.
16. Практикум по агрохимии: учеб. пособие / Изд-во МГУ, 2001. - 689 с.
17. Практикум по микробиологии / А.И. Нетрусов [и др.]; М.: Академия