science-review.ru
Загрязнение почв нефтью и нефтепродуктами с каждым годом увеличивается, что объясняется возрастающим спросом на нефтепродукты. В богатых нефтью и нефтедобывающих странах нефтепродукты прямо и косвенно приводят к беспрецедентному экономическому росту и развитию, но одним из самых нежелательных результатов при эксплуатации является загрязнение окружающей среды [1]. Загрязнение окружающей среды нефтью и нефтепродуктами является одной из наиболее острых экологических проблем: когда нефть и нефтепродукты попадают в почву, это вызывает изменение биологических, химических, физических и физико-химических свойств почвы [2], биологическая активность почвы является показателем происходящих в ней изменений. При проведении биоценологических исследований в нефтезагрязненных условиях разрабатываются методы оценки степени загрязнения почвы нефтью и ускорения процессов ее биодеградации, при которых биоценологическое исследование основано на биологической диагностике почв. В результате проведенных лабораторных и полевых исследований установлено, что процесс самовосстановления биологической активности почвы с низким (0,2%/1 кв. м) нефтяным загрязнением происходит в течение 3 лет [3], при изучении влияния нефти и нефтепродуктов на биологические свойства при повышении уровня загрязнения активность ферментов дегидрогеназы, уреазы, гидроксифосфатазы и каталазы снижалась в 1,5-2,3 раза по сравнению с контролем [4]. Внесение штамма углеводородокисляющих бактерий в аллювиальные луговые почвы, загрязненные нефтью и нефтепродуктами, привело к снижению содержания нефтепродуктов на 18-82%. Отмечено увеличение активности ферментов в почве [5].
На засоленных территориях при повышении скорости загрязнения почвы нефтью и нефтепродуктами высокие результаты достигаются за счет посева нефтедеградирующих штаммов + минеральные удобрения + аэрация почвы, фиторемедиационные растения, при этом активность ферментов в почве повышается [6].
В опытах при изучении эффективности биопрепарата «БИОРОС» в нефтезагрязненных почвах он приводит к повышению активности нефтедеградирующих микроорганизмов, увеличению синтеза ферментов каталазы и дегидрогеназы [7]. При внесении грибов Fusarium equiseti и Cylindrocarpon magnusianum на 10% нефтезагрязненных почвах межфазная активность гриба Fusarium equiseti, в сочетании с фиторемедиатом и биопрепаратом, почти в 1,2 и 1,5 раза превышала вариант с применением гриба Cylindrocarpon magnusianum в полном комплексе мелиорантов [8]. По данным ученых, биоуголь, как потенциальный сорбент для удаления и разложения нефти в почвах, повысил скорость очистки на 52,2% и активность фермента каталазы в 1,8 раза по сравнению с контролем [9], биоуголь усиливает микробную и ферментативную активность почвы, активность по разложению углеводородов [10]. При непосредственном использовании ферментов природные ферменты микроорганизмов используются для разложения загрязнителей окружающей среды [11]. При рекультивации почвы, загрязненной моторным маслом, ферменты плодовой подстилки, полученные из разложившихся отходов апельсиновой и арбузной кожуры, имеют максимальную эффективность при снижении концентрации (удалении) моторного масла на 54-57%, при этом ферментный раствор апельсиновой подстилки содержит каталазу, протеазу, активность липазы и амилазы, также арбузный опад содержит активность ферментов каталазы, протеазы и липазы [12]. При биоремедиации нефтезагрязненных территорий кремний считается полезным для ускорения мелиорации почвы, активность ферментов каталазы и дегидрогеназы тесно связана с водорастворимым кремнием в почве [13]. В опытах установлено, что лесная подзолистая почва сохраняет свой биохимический потенциал в условиях концентрации нефти и способна к эффективному самовосстановлению при достижении оптимальной влажности и температуры. На начальном этапе опыта в результате внесения в почву минеральных удобрений и БАД достоверного увеличения скорости разложения нефти в почвах не выявлено.
Целлюлозная активность варианта самообработки и варианта с добавлением БАД оставалась достоверно выше через 30 и 60 суток после внесения нефтепродукта в почву [14]. При рекультивации техногенно нарушенных земель в лабораторных и полевых опытах испытаны такие фиторемедиационные растения, как люцерна, райграс и ячмень, оказывающие стимулирующее действие на восстановление биологической активности без расщепления химических веществ [15].
Нефть и нефтепродукты разливаются из-за технических отказов оборудования в нефтяных шахтах и на нефтебазах, аварий в результате износа нефтепроводов и оборудования при транспортировке нефтепродуктов, взрыва вследствие теплового фактора при хранении нефтепродуктов, а также появления инфильтрационных вод в почве на близлежащих территориях вследствие действия инфильтрационных вод, биологических и физических повреждений почвы, что и влияет на ее химические свойства, в результате происходит уплотнение почвы, затруднение дыхания, нарушение воздушного и водного режимов, снижение численности микроорганизмов, обитающих в почве, замедление роста растений и увеличение гибели растений. Если почва экологически чистая, здоровая, имеет умеренные свойства и высокую продуктивность, то может проявляться биологическая активность, если активность ферментов в почве умеренная, то почва экологически чистая, имеет хорошие свойства и высокую продуктивность. Химическое загрязнение почвы вызывает сокращение и гибель обитающих в ней микроорганизмов, что вызывает снижение активности ферментов.
Материалы и методы исследования
Район исследований – орошаемые лугово-такырные почвы, расположенные вокруг Кумкурганской нефтебазы, и нефтяная шахта Южный Миршоди в Сурхандарьинской области. В Сурхандарьинской области сухой субтропический климат, теплая зима, жаркое лето, сухие и продолжительные осадки, около 110-149,3 мм, абсолютный максимум температуры воздуха в июле +44,4...+44,6°С, абсолютный минимум температуры воздуха в январе -5,3... -16,8°С [16]. Земли исследуемого района широко используются в сельском хозяйстве под хлопководством, зерноводством, овощеводством.
Изменения активности ферментов в слоях разрезов почвы, разбросанных вокруг источников загрязнения
|
Разрез |
Расстояние от источников загрязнения, м |
Глубина, см |
Каталаза, мл О2 / г почвы |
Уреаза, мг NH3 / г почвы |
Инвертаза, мг гулюкоз / г почвы |
|
Нефтяное месторождение Южный Миршоди |
|||||
|
1-Кжм |
500 |
0-20 |
1,15 |
2,45 |
0,85 |
|
20-30 |
0,76 |
2,15 |
0,75 |
||
|
30-50 |
0,54 |
1,93 |
0,42 |
||
|
2-Кжм |
800 |
0-20 |
1,2 |
2,15 |
0,71 |
|
20-30 |
0,98 |
1,98 |
0,54 |
||
|
30-50 |
0,82 |
1,77 |
0,38 |
||
|
3-Кжм |
1500 |
0-20 |
1,63 |
2,75 |
0,78 |
|
20-30 |
1,38 |
2,48 |
0,57 |
||
|
30-50 |
1,22 |
2,32 |
0,41 |
||
|
4-Кжм |
3000 |
0-20 |
1,55 |
2,88 |
0,82 |
|
20-30 |
1,25 |
2,59 |
0,62 |
||
|
30-50 |
1,05 |
2,42 |
0,45 |
||
|
5-Кжм |
5000 |
0-20 |
1,76 |
2,65 |
0,88 |
|
20-30 |
1,48 |
2,35 |
0,72 |
||
|
30-50 |
1,32 |
2,15 |
0,43 |
||
|
6-Кжм |
8000 |
0-20 |
1,68 |
2,92 |
0,95 |
|
20-30 |
1,38 |
2,65 |
0,77 |
||
|
30-50 |
1,17 |
2,45 |
0,45 |
||
|
Кумкурганская нефтебаза |
|||||
|
1-Кқно |
200 |
0-20 |
1,05 |
1,98 |
0,65 |
|
20-30 |
0,81 |
1,68 |
0,51 |
||
|
30-50 |
0,65 |
1,45 |
0,32 |
||
|
2-Кқно |
500 |
0-20 |
1,12 |
2,05 |
0,69 |
|
20-30 |
0,94 |
1,75 |
0,52 |
||
|
30-50 |
0,72 |
1,6 |
0,37 |
||
|
3-Кқно |
1800 |
0-20 |
1,45 |
2,43 |
0,84 |
|
20-30 |
1,15 |
2,13 |
0,61 |
||
|
30-50 |
0,98 |
1,98 |
0,44 |
||
|
4-Кқно |
3000 |
0-20 |
1,56 |
2,56 |
0,82 |
|
20-30 |
1,32 |
2,32 |
0,65 |
||
|
30-50 |
1,11 |
2,11 |
0,42 |
||
|
5-Кқно |
5000 |
0-20 |
1,78 |
2,38 |
0,91 |
|
20-30 |
1,52 |
2,11 |
0,68 |
||
|
30-50 |
1,35 |
1,94 |
0,45 |
||
|
6-Кқно |
8000 |
0-20 |
1,85 |
2,45 |
0,95 |
|
20-30 |
1,55 |
2,16 |
0,75 |
||
|
30-50 |
1,36 |
1,98 |
0,47 |
||
|
фон |
30000 |
0-20 |
1,95 |
3,1 |
0,9 |
|
20-30 |
1,68 |
2,83 |
0,71 |
||
|
30-50 |
1,53 |
2,61 |
0,52 |
||
Отбор проб производился по координатам: вдали от нефтяной шахты Южный Миршоди 37°89419N / 67°5395.8"E; 37°8994.1"N / 67°5337.0"; 37°9091.7"N / 67°5319.8"E; 37°9193.7"N /67°5294.4"E; 37°9350.0"N / 67°5189.8"E; 37°9623,5"N / 67°4986,8"E; с Кумкурганской нефтебазы 38°08259N / 67°8155.8"E; 38°0768.1"N / 67°8142.0"E; 38°0694.7"N / 67°8165.8"E; 38°0603.7"N /67°8183.4"E;38°0477.0"N / 67°8143.8"E; 38°0291,5"N / 67°79018"E [17].
Отбор проб, хранение и лабораторные опыты почв в районе исследований осуществляли по ГОСТ 17.4.3.01–83 [18]. Участки грунта, из которых были отобраны пробы, были сокращенно обозначены следующим образом: Разрез 1 (1-Рюм) – проба грунта взята на расстоянии 0,5 км от нефтяной шахты Южный Миршоди; Разрез 2 (2-Рюм) – на расстоянии 0,8 км; Разрез 3 (3-Рюм) – на расстоянии 1,5 км; Разрез 4 (4-Рюм) – на расстоянии 3,0 км; Разрез 5 (5-Рюм) – на расстоянии 5,0 км; Разрез 6 (6-Рюм) – на расстоянии 8,0 км; Разрез 1 (1-Рқнб) – на расстоянии 0,2 км от Кумкурганского нефтехранилища; Разрез 2 (2-Рқнб) на расстоянии 0,5 км; Разрез 3 (3-Рқнб) на расстоянии 1,8 км; Разрез 4-й (4-Рқнб) на расстоянии 3,0 км; Разрез 5 (5-Рқнб) на расстоянии 5,0 км; Разрез 6 (6-Рқнб) на расстоянии 8,0 км, и фоновые почвы, отобранные на расстоянии 30 км.
Результаты исследования и их обсуждение.
Активность ферментов в почве определяли по методике, разработанной Ф. Хазиевым и А.Ш. Галстяном [19]. Полученные данные сравнивали с активностью ферментов в фоновых почвах (расстояние 30 км).
Активность фермента каталазы колеблется в пределах 1,15-1,95 мл О2/г почвы, что подвержено ряду изменений под влиянием нефти и нефтепродуктов, то есть ферменты каталазы снижаются вблизи источника загрязнения, а их активность возрастает на фоне почвы. Считается, что активность фермента инвертазы снижается и изменяется под влиянием нефти и нефтепродуктов, в результате активность фермента инвертазы изменяется в зависимости от источников загрязнения и колеблется в пределах 0,65-0,95 мг глюкозы/ г почвы.
Когда грунты разрезов почвы декальцинируются, активность ферментов накладывается на закон уменьшения активности сверху вниз в слоях, в котором верхняя часть почвы характеризуется более высокой активностью ферментов, чем активность ферментов в нижних слоях (таблица).
Активность фермента уреазы зависит от уровня загрязнения: при легком и умеренном загрязнении она увеличивается, при сильном и очень сильном загрязнении снижается. Активность фермента уреазы колеблется в пределах 1,98-3,1 мг NH3/г почвы (рис. 1).
Вблизи источника загрязнения активность ферментов каталазы, инвертазы и уреазы снижается, активность фермента каталазы составляет 1,05-1,95 мл О2/г почвы, активность фермента инвертазы – 0,65-0,95 мг глюкозы/г активности почвы и фермента уреазы колеблется в пределах 1,98-3,1 мг NH3/г почвы (рис. 2).
Рис. 1. Изменение активности ферментов при вывозе с нефтяной шахты Южный Миршоди
Рис. 2. Изменение активности ферментов в процессе удаления от Кумкурганского нефтехранилища
По полученным результатам установлено, что активность ферментов каталазы, инвертазы и уреазы изменяется в зависимости от источников нефтяного загрязнения, от нефтяной шахты и нефтебазы, где вблизи нефтяной шахты и нефтебазы активность ферментов низкая (склад хранения), а активность ферментов возрастает по мере увеличения расстояния (рис. 1, 2). В результате загрязнения почвы нефтью происходят различные изменения активности ферментов, в том числе активности фермента каталазы: наивысший результат 1,95 мл О2/г в фоновой почве и наименьший показатель 1,05 мл О2/г в 1-й почве. Рқнб секция, наибольшая активность фермента инвертазы показатель 0,95 мг глюкозы/г в секции 6-Рюм и 6-Рқнб, наименьший показатель 0,65 мг глюкозы/г в секции 1-Рқнб, наивысший показатель активности фермента уреазы составляет 3,1 мг NH3/г в фоновых почвах, а наименьшее значение равнялось 1,98 мг NH3/г в почвах 1-Рқнб, остальные результаты колебались между самыми высокими и самыми низкими показателями.
Заключение
Исходя из активности изучаемых ферментов, источники загрязнения орошаемых лугово-такырных почв – нефтяная шахта и нефтехранилища – по-разному влияли на активность ферментов, в том числе самые низкие показатели активности ферментов были вблизи источников загрязнения нефтью, а активность ферментов увеличивается по мере удаления от источников загрязнения; видно, что вокруг источников загрязнения уровень загрязнения выражается в том, что он уменьшается с увеличением расстояния. В зависимости от уровня загрязнения почвы проведение рекультивационных работ будет способствовать улучшению биологических свойств почвы, восстановлению и повышению активности ферментов в случае проведения агротехнических мероприятий с помощью видов растений, штаммов нефтедеградирующих бактерий. Если активность ферментов в почве умеренная, почва экологически чистая, имеет хорошие свойства и высокую продуктивность, то растения хорошо растут и развиваются, повышается жизнедеятельность микроорганизмов в почве.
Библиографическая ссылка
Жаббаров З.А., Номозов У.М., Бахранова М.Ф., Абдукаримов Ж.Ж. ИЗМЕНЕНИЕ ФЕРМЕНТАТИВНОЙ АКТИВНОСТИ НЕФТЕЗАГРЯЗНЕННЫХ ПОЧВ // Научное обозрение. Биологические науки. – 2023. – № 1. – С. 18-23;URL: https://science-biology.ru/ru/article/view?id=1308 (дата обращения: 26.04.2024).