В настоящее время во многих регионах антропогенное загрязнение почв достигло такого уровня, что представляет серьезную опасность для человека. Как правило, практически любые техногенные явления и процессы, происходящие в пределах непосредственного воздействия промышленных производств, быстро отражаются на состоянии экосистем, в целом. В сложившейся к настоящему времени системе природопользования функции почв изменились: они превратились в приемники с загрязненного поверхностного стока с территорий городов и промышленных зон. Отсюда следует, что различные мероприятия, направленные на выявление, снижение, предотвращение и ликвидацию последствий техногенного загрязнения, должны осуществляться именно на локальном уровне.
Геохимические процессы, происходящие в почвах, играют важную роль в судьбе поллютантов, поскольку органическое вещество, контролируя их перераспределение в экосистеме между ее различными компонентами и, как правило, формирование устойчивых зон загрязнения. По мере удаления от источника загрязнения поведение загрязняющих веществ в существенной мере зависит уже от естественных условий их миграции и определяется факторами и явлениями, свойственными окружающей среде.
Поэтому целесообразно рассматривать особенности распределения химических элементов в структуре почвенного покрова, обусловленные характером источника загрязнения.
Совершенно очевидно, что активное освоение природных ресурсов без учета специфических почвообразующих процессов, протекающих в различных структурно- геоморфологических и природно-климатических условиях районов Восточной Сибири не возможно. Научно-обоснованный прогноз последствий техногенного воздействия требует новых подходов к комплексному анализу природной среды, использующих современные химико-аналитические и геоинформационные методы для определения геоэкологического потенциала природной среды и геоэкологической паспортизации природных объектов, для проведения комплексного геомониторинга природной среды Восточной Сибири.
Использование биологических параметров для оценки состояния нефтезагрязненных земель нами рассмотрена ферментативная активность каштановой почвы.
Ферменты в почве – продукт метаболизма почвенного биоценоза, но вопрос об участии различных компонентов в их накоплении мало изучен. Одни исследователи (Козлов, 1964; 1966; 1967; Красильников, 1958) считают, что основная роль в обогащении почвы ферментами принадлежит корневым выделениям растений, другие (Ершов, 1958) – почвенным животным, большинство же (Галстян,1963;Пейве, 1961) отдают предпочтение микроорганизмам. Наличие в почве биологически активных соединений ферментов издавна привлекало внимание как отечественных, так и зарубежных ученых (Костычев,1956; Козлов, 1960;1962;1964;1966).
В почве ферменты находятся в поглощенном состоянии. Это препятствует их быстрому разложению и выносу, а также дает возможность участвовать в различных превращениях веществ.
Все почвенные энзимы биологического происхождения. В процессе жизнедеятельности микро – макронаселения почв, в результате обмена веществ во внешнюю среду с другими соединениями выделяется определенное количество биологически активных веществ – ферментов.
Ферментам придается большое значение в переводе почвенных соединений в доступную для растений форму. В.Ф. Курревич (1951) считает, что имеется объективная возможность оценить суммарную биологическую активность, в некоторой степени, плодородие почвы путем определения таких ферментов как инвертаза, каталаза, уреаза.
А.В. Барановская (1954) и др. указывают, что в пределах одной климатической дозы активность ферментов находиться в прямой зависимости от уровня плодородия почвы.
Многие авторы считают правомочным использовать активность ферментов как показатель биологического состояния почв при исследовании вопросов связанных с обработками (Галстян, 1959).
К настоящему времени сложилось представлении о том, что трансформация различного рода органических соединений в почве определяется характером естественного энзимологического комплекса почвы, т.к. ферменты оказывают воздействие на все биохимические процессы, происходящие в почве. Поэтому ферментная активность – один из важнейших показателей биологического состояния почв, наиболее полную характеристику биологической активности почвы дают окислительно-восстановительные ферменты и ферменты класса гидролаз.
Дегидрогеназы катализируют реакции дегидрогенирования органических веществ и выполняют роль промежуточных переносчиков водорода в процессе дыхания. Поэтому их активность может служить показателем общего микробного дыхания. Дегидрогеназы участвуют в процессе катаболизма всех типов питательных веществ. Реакции с их участием лежат в основе биологического окисления, тесно связанного с обеспечением клеток энергией. Активность дегидрогеназ зависит от многих факторов, в том числе от влажности почв, температуры, кислотности и содержания гумуса. (Ярцева, Морозова, 1968; Панкова, 1969).
Полученные нами в ходе инокуляции накопительной культуры микроорганизмов-деструкторов нефти на нефтезагрязненную каштановую дефлированную почву дегридрогеназной активности являются несколько заниженными. Это связано с определением дегридогеназы в воздушную – сухих образцах почвы. В данном случае таким изменениям было высушивание почвенных образцов. Тем не менее, в процессе инокуляции была выявлена четкая закономерность изменения дегидрогеназной активности во времени и в зависимости от разных нефтепродуктов.
Таблица 1
Изменение активности дегидрогеназы в дефлированной нефтезагрязненной каштановой почве при инокуляции накопительными культурами микроорганизмов
|
Варианты опыта |
Сроки инокуляции, сутки |
|||||
|
6 |
12 |
18 |
24 |
30 |
36 |
|
|
Контроль |
0,01 |
0,01 |
0,009 |
0,011 |
0,006 |
0,009 |
|
Керосин, 1л/м2 почвы |
0,01 |
0,02 |
0,046 |
0,052 |
0,05 |
0,05 |
|
Масло, 1л/м2 почвы |
0,01 |
0,02 |
0,028 |
0,052 |
0,051 |
0,048 |
|
Бензин, 1л/м2 почвы |
0,01 |
0,018 |
0,022 |
0,02 |
0,019 |
0,024 |
|
Дизельное топливо, 1 л/м2 почвы |
0,01 |
0,014 |
0,016 |
0,017 |
0,016 |
0,017 |
Каталазная активность
Биологическая минерализация различных органических соединений белков, углеводов, жиров и ряда других компонентов, сопровождается накоплением перекиси, разложение которой осуществляется каталазой. Каталаза является индикатором степени окислительных процессов в почве.
Фермент выделяется почвенными микроорганизмами, обладает высокой устойчивостью, накапливается и длительное время сохраняется в почве, в силу чего активность этого фермента может рассматриваться как показатель функциональной активности почвенной микрофлоры (Щербакова, 1983) и может отражать плодородие почвы (Купревич, 1963; 1958; Козлов, 1968).
В отличие от дегидрогеназной активности каталазная активность в условиях лабораторного опыта характеризовалось большей динамичностью и аналогично изменению общей численности микроорганизмов в процессе инокуляции имела общую тенденцию уменьшения к концу эксперимента. Сравнительно высокая для данной почвы активность каталазы отмечена после шести дней инокуляции на варианте бензина и вариантах с керосином; бензином и маслом. При обработки почвы дизельным топливом активизировало каталазу, но меньше, чем при керосине; маслом; бензине. Минимальная активность каталазы была обнаружена на всех вариантах в конце опыта и соответствовала исходным показателям до инокуляции.
Таблица 2
Динамика активности каталазы в дефлированной нефтезагрязненной каштановой почве при инокуляции накопительными культурами микроорганизмов
|
Варианты опыта |
Сроки инокуляции, сутки |
|||||
|
6 |
12 |
18 |
24 |
30 |
36 |
|
|
Контроль |
6 |
9 |
9 |
7 |
7 |
3 |
|
Керосин, 1л/м2 почвы |
18 |
28 |
26 |
25 |
22 |
3 |
|
Масло, 1л/м2 почвы |
18 |
29 |
27 |
23 |
21 |
3 |
|
Бензин, 1л/м2 почвы |
10 |
23 |
20 |
16 |
15 |
3 |
|
Диз.топливо, 1л/м2 почвы |
10 |
20 |
18 |
12 |
12 |
3 |
Гидролитические ферменты
Гидролазы широко распространены и играют важную роль в обогащение их подвижными и доступными для растений и микроорганизмов питательными веществами, разрушая высокомолекулярные органические соединения.
Из ферментов класса гидролаз изучалась динамика активности уреазы и протеазы.
Уреазная активность
С действием уреазы связаны процессы гидролиза и превращение в доступную форму азота мочевины. Последняя в значительных количествах может образовываться в почвах в качестве промежуточных продуктов метаболизма азот органических соединений, особенно азотистых оснований нуклеиновых кислот, а также может поступать в почву в составе навоза и в качестве азотного удобрения. Действие уреазы строго специфично: она гидролизует только мочевину и вырабатывается группой уробактерий (Александрова, Шрумова, 1974). В почве наблюдается положительная корреляция активности уреазы с содержанием органического углерода и подвижного азота (Лукашин, 1965; Мамаков, 1969; Галстян, 1974).
Активность дегидрогеназ зависит от многих факторов, в том числе от влажности почв, температуры, кислотности и содержания гумуса. (Ярцева, Морозова, 1968; Панкова, 1969).
Нефтяные загрязнения вызывают нарушение биологического равновесия, тем самым отрицательно воздействуя на биоту. Важную роль в процессе самоощищения играет естественный углеводородокисляющий бактериоценоз осуществляющий деструкцию. Способность микроорганизмов к биодеградации при высоком загрязнении нефтепродуктами зависит от многих факторов: состава нефтепродуктов, их концентрации, способности адаптироваться к росту в различных экологических условиях.
Современные экологические условия вынуждают человечество искать недорогие и безопасные пути решения. Одно из таких решений – применение микроорганизмов. Микроорганизмы чутко реагируют на изменение экологических условий, и по количеству и активности определенных физиологических групп можно судить о качестве загрязнителей и скорости их утилизации.
Микроорганизмы-деструкторы предельных углеводородов являются индикаторными показателями экологической оценки в загрязнении эдафотопа агроценоза нефтепродуктами и при этом данные могут быть использованы в разработке технологических методов контроля за экологической ситуацией как объекта зонирования.