Functional potency and number of microorganisms in oil-contaminated soils

Abstract

The work is devoted to analysis of oil-contaminated soils according to lysis of azotobacter colonies, amino acids deamination and microorganisms’ responces to oxygen. The research indicated that oil contamination increases lysis of azotobacter colonies, amino acids deamination, decreases growth of microorganism and their intensity in environment. The methods used during the research could be employed for analysis of oil-contaminated soils

Full Text

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%. 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.