WWW.DISUS.RU

БЕСПЛАТНАЯ НАУЧНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

 

Оценка устойчивости почв юга россии к загрязнению мазутом по биологическим показателям (в условиях модельного эксп е римента)

На правах рукописи


ГАЙВОРОНСКИЙ ВЛАДИМИР ГЕННАДЬЕВИЧ


Оценка устойчивости почв Юга России

к загрязнению мазутом по биологическим показателям

(в условиях модельного эксперимента)

03.00.16 – экология

А В Т О Р Е Ф Е Р А Т

диссертации на соискание ученой степени

кандидата биологических наук

Ростов-на-Дону - 2009

Работа выполнена на кафедре экологии и природопользования

Южного федерального университета

Научный руководитель: доктор сельскохозяйственных наук, профессор

Колесников Сергей Ильич

Официальные оппоненты: доктор биологических наук, профессор

Безуглова Ольга Степановна

кандидат биологических наук

Куринская Надежда Викторовна

Ведущая организация: Институт биологии Уфимского НЦ РАН

Защита диссертации состоится 14 мая 2009 г. в 16.00 на заседании диссертационного совета Д 212.208.32 по биологическим наукам при Южном федеральном университете (344006, г. Ростов-на-Дону, ул. Б.Садовая, 105, ЮФУ, зал заседаний ЮФУ, e-mail: denisova777@inbox.ru, факс: (863)2638723).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Южного федерального университета (344006, г. Ростов-на-Дону, ул. Пушкинская, 148).

Автореферат разослан «10» апреля 2009 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

кандидат биологических наук Денисова Т.В.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность исследования. Одним из распространенных веществ, загрязняющих окружающую природную среду, в том числе почву, является мазут. Источниками загрязнения мазутом являются места его хранения, транспортировки и использования, в частности, широко распространенные котельные, работающие на мазутном топливе.

Изучением экологических последствий загрязнение почвы нефтью занимались многие исследователи (Исмаилов, 1988; Хазиев и др., 1988; Звягинцев и др., 1987; Киреева и др., 1998; Трофимов и др., 2000; Пиковский и др., 2003; и др.). В литературе имеются сведения о влиянии на свойства почв бензина, дизельного топлива, керосина (Frankenberger et al., 1982, Татосян, Колесников, 2003), полициклических ароматических углеводородов (ПАУ), флуорана и бенз(а)пирена, полихлорированных бифенилов (Исмаилов, 1988; Геннадиев и др., 1990; Wilke, 1997; Wilke, Koch, 1998), топливного масла (Popa, 1999, 2000), продуктов окисления нефти (Киреева и др., 1998). Однако работ, посвященных именно мазутному загрязнению почв, практически нет. Более того, нами не было найдено информации, что когда-либо проводились исследования влияния загрязнения мазутом на свойства почв Юга России, хотя очаги мазутного загрязнения в нашем регионе довольно распространенное явление.

Цель и задачи исследования. Цель работы — оценка устойчивости почв Юга России к загрязнению мазутом по биологическим показателям (в условиях модельного эксперимента).

В соответствии с целью были поставлены следующие задачи:

1.Выявить закономерности влияния загрязнения мазутом на биологические свойства почв: численность и активность микроорганизмов, активность ферментов, фитотоксичность почв.

2.Оценить степень устойчивости к мазутному загрязнению некоторых почв Юга России (черноземов обыкновенных, черноземов выщелоченных слитых, бурых горно-лесных почв и серопесков), существенно отличающихся по физическим, химическим и биологическим свойствам, определяющим устойчивость к загрязнению (оструктуренность, окислительно-восстановительные условия, биологическая активность и др.).

3.Определить возможность и целесообразность использования различных биологических показателей в целях мониторинга загрязнения мазутом почв и экосистем в целом.

4.Установить количественные ориентиры для разработки региональных нормативов содержания мазута в исследованных почвах.

Основные положения, выносимые на защиту.

  1. Загрязнение почв мазутом вызывает ухудшение эколого-биологических свойств почв. Снижаются активность каталазы и дегидрогеназы, целлюлозолитическая способность, обилие бактерий рода Azotobacter, показатели прорастания и начального роста растений. Как правило, степень ухудшения свойств находится в прямой зависимости от количества мазута в почве.
  2. Устойчивость почвы к загрязнению мазутом зависит от ее эколого-генетических свойств, прежде всего, таких как оструктуренность, окислительно-восстановительные условия, биологическая активность и др. Более устойчивыми являются черноземы обыкновенные и слитые, а серопески и бурые лесные почвы — более чувствительными.
  3. Траектории изменения биологических свойств почвы в зависимости от содержания в ней мазута существенно различаются для почв с разнящимися свойствами (черноземы, бурая лесная почва, серопески) и схожи для близких почв (черноземы обыкновенные и черноземы слитые).
  4. Одна и та же почва (бурая лесная почва) может быть более устойчива к загрязнению мазутом, чем другая почва (серопески), при одних концентрациях мазута (до 2,5%) и менее устойчива при других (свыше 2,5%). Соответственно проводя сравнительную оценку разных почв между собой по их устойчивости к загрязнению, следует привязываться к конкретным количествам загрязняющего вещества или делать значительные обобщения.
  5. Экологически безопасной концентрацией мазута для черноземов обыкновенных является 0,7 %, для черноземов слитых — 0,3 %, для бурых лесных почв — 0,1 %, для серопесков — 0,06 %.

Научная новизна работы. Впервые установлены закономерности влияния мазутного загрязнения на эколого-биологические свойства почв, такие как численность микроорганизмов, ферментативная активность, фитотоксичность. Дана оценка степени устойчивости ряда почв Юга России, существенно различающихся по физическим, химическим и биологическим свойствам: черноземов обыкновенных, черноземов выщелоченных слитых, бурых горно-лесных почв и серопесков. На основе определения информативности и чувствительности показана возможность и целесообразность использования различных биологических показателей в мониторинге и диагностике загрязнения почв и экосистем мазутом. Установлены количественные ориентиры, которые можно использовать для разработки региональных нормативов содержания мазута в почвах региона.

Практическая значимость. Результаты исследования могут быть использованы при мониторинге и диагностике состояния почв и экосистем, загрязненных мазутом, при проведении экологической экспертизы и оценке воздействия на окружающую среду, при оценке риска природных и антропогенных катастроф, при разработке региональных нормативов содержания нефти в почвах и в других природоохранных и производственных мероприятиях.

Материалы исследования используются в учебном процессе в Южном федеральном университете при преподавании следующих дисциплин: «Экология», «Почвоведение», «Рациональное природопользование и охрана природы», «Мониторинг и биоиндикация», «Экологическая экспертиза».

Апробация работы. Материалы диссертации были представлены на Международной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых по фундаментальным наукам «Ломоносов» (Москва, 2005, 2006, 2007, 2008); Международной научной конференции «Экология и биология почв» (Ростов-на-Дону, 2007); Международной научно-практической конференции «Экологические проблемы. Взгляд в будущее» (Ростов-на-Дону—Абрау-Дюрсо, 2005, 2008); Международной научной конференции «Наука и образование» (Белово, 2008); Всероссийской научной конференции «Фундаментальные достижения в почвоведении, экологии, сельском хозяйстве на пути к инновациям» (Москва, 2008); Всероссийской научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Молодежь XXI века - будущее Российской науки» (Ростов-на-Дону, 2008); Международной научной конференции «Актуальные проблемы биологии, нанотехнологий и медицины» (Ростов-на-Дону, 2008), The Eurosoil Symposium (Vienna, Austria, 2008); V съезде Всероссийского общества почвоведов им. В.В. Докучаева (Ростов-на-Дону. 2008).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 16 научных работ, объемом 1,2 п.л., из них 1 статья в изданиях, рекомендованных ВАК. Доля участия автора в публикациях составляет 85% (1 п.л.).

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа изложена на 147 страницах печатного текста. Состоит из введения, восьми глав, выводов, списка литературы. Содержит 17 таблиц и 35 рисунков. Список литературы включает 167 источников, из них 16 на иностранных языках.

Исследование выполнено при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (гранты № 07-04-00690-а и № 07-04-10132-к) и Федерального агентства по науке и инновациям (гранты № МД-3944.2005.4 и № МД-3155.2007.4).

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Глава 1. Экологические последствия загрязнения почв мазутом

В главе охарактеризованы технологии получения и свойства мазута, приведена его классификация, рассмотрены источники попадания мазута в окружающую среду, его поведение и трансформация в почве, проблемы нормирования, пути охраны почв от загрязнения, способы санации и рекультивации загрязненных земель. Особое внимание уделено влиянию мазутного загрязнения на морфологические, физические, физико-химические, химические и биологические свойства почв.

ГЛАВА 2. ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ФУНКЦИИ ПОЧВЕННОГО

ПОКРОВА и их нарушение при загрязнении мазутом

В главе проанализированы: биогеоценотические (экосистемные) функции почвы, глобальные (биосферные) и сельскохозяйственные функции почвенного покрова. Рассмотрена роль и значение рационального использования почв с учетом экологических функций. Проанализировано влияние загрязнения мазутом на экологическое состояние и функции почвы.

ГЛАВА 3. Объекты исследований

В качестве объектов данного исследования были использованы черноземы обыкновенные и слитые, бурые лесные почвы, серопески. Данные почвы занимают значительную часть территории Юга России и существенно различаются между собой по содержанию гумуса, реакции среды (рН), содержанию карбонатов, гранулометрическому составу, поглотительной способности, биологической активности и другим свойствам, определяющим устойчивость почвы к мазутному загрязнению.

Отбор почвы для модельных исследований производился на территории Октябрьского района Ростовской области (чернозем обыкновенный), Шолоховского района Ростовской области (серопески), в окрестностях г. Майкопа, Республика Адыгея (чернозем выщелоченный и бурая лесная почва). Почва для модельных экспериментов была отобрана из пахотного горизонта.

Основные эколого-генетические и эколого-биологические показатели почв Юга России представлены в таблице 1.

Таблица 1

Эколого-генетические и эколого-биологические

характеристики почв Юга России

Почва, Апах Содержание гумуса, %* рН* Целлюло-золитическая способность Активность каталазы, мл О2/г Активность дегидро-геназы, мг ТТХ/10 г Обилие бактерий рода Azotobacter, % комочков обрастания ЕКО мг-экв./ 100 г* Грануло- метрический состав
Чернозем обыкновенный 7,4 7,9 0, 248 9,4 15,4 24 34,4 Тяжело- суглинистый
Чернозем слитой 5,1 6,8 0,093 11,2 23,7 100 30,0 Глинистый
Серопески 1,8 5,6 0,155 0,8 28,9 17 2,5 Супесь
Бурая лесная 3,0 5,4 0,108 6,3 12,3 86 20,8 Среднесугли-нистый

* - По К.Ш. Казееву и В.Ф. Валькову (Путеводитель научно-полевых …, 2008)

В главе описаны эколого-географические условия районов исследований: рельеф, почвообразующие породы, климат, растительность, география исследуемых почв, их эколого-генетические и эколого-биологические свойства и особенности.

ГЛАВА 4. Методология, методика и методы ИССЛЕДОВАНИЙ

В данной работе большое значение придается модельным опытам. Был проведен ряд модельных экспериментов по изучению влияния загрязнения мазутом на биологические свойства почв.

Почва для модельных экспериментов была отобрана из верхнего 10 см слоя. Для исследования использовали концентрации мазута 0,1, 0,5, 1,0, 2,5, 5, 10, 25, 50 % от массы почвы.

В ходе модельного эксперимента мазут вносили во влажную почву, моделируя ее поверхностное загрязнение. При проведении модельных опытов в качестве сосудов для компостирования почвы были использованы пластиковые стаканы. Масса почвы в сосуде в пересчете на воздушно-сухую почву — 1 кг. Набивка сосудов проводилась в соответствии с общепринятыми методиками проведения вегетационных опытов.

Исследуемую почву инкубировали в вегетационных сосудах при температуре +20-22 оС и в условиях оптимального увлажнения. Полив осуществлялся по мере необходимости.

Модельные опыты проводили в трехкратной повторности. Лабораторно-аналитические исследования проводили через 30 суток после загрязнения.

Настоящие лабораторно-аналитические исследования выполнены с использованием общепринятых в биологии и почвоведении методов (Практикум по микробиологии, 1976; Практикум по почвоведению, 1986; Гельцер, 1986; Практикум по агрохимии, 1989; Методы почвенной микробиологии и биохимии, 1991; Колесников и др. 2006, 2007; Контроль химических …, 1998 и др.). Определяли обилие бактерий рода Azotobacter, активность каталазы и дегидрогеназы, целлюлозолитическую активность, фитотоксические свойства почв и другие показатели.

Обилие бактерий рода Azotobacter учитывали методом комочков обрастания на среде Эшби. Целлюлозолитическую активность определяли по степени разложения хлопчатобумажных полотен одинаковой массы, экспонированных в почве в течение 30 дней (по Гельцеру, 1986). О ферментативной активности почв судили по активности каталазы и дегидрогеназы. Активность каталазы измеряли по методике Галстяна (1978), дегидрогеназы — по методике Галстяна в модификации Хазиева (1990). О фитотоксичности почв судили по изменению показателей прорастания семян (всхожесть, энергия прорастания, дружность прорастания, скорость прорастания) и интенсивности начального роста растений (длина корней, длина побегов). В качестве тест-объекта использовали редис сорта «Корунд». Показатель рН почв определяли потенциометрическим методом.

Для объединения большого количества показателей была использована методика определения интегрального показателя биологического состояния почвы (ИПБС), предложенная Колесниковым С.И., Казеевым К.Ш., Вальковым В.Ф. (2000). Данный показатель определяют на основе наиболее информативных эколого-биологических показателей состояния почвы. В настоящем исследовании интегральный показатель биологического состояния почвы был рассчитан по следующим показателям: обилие бактерий рода Azotobacter, активность каталазы, активность дегидрогеназы, целлюлозолитическая активность, всхожесть семян редиса.

Статистическая обработка данных была проведена с использованием дисперсионного анализа с последующим определением наименьшей существенной разности (НСР), корреляционного и регрессионного анализов. Для проведения математической обработки результатов исследования использовали компьютерную программу Statistica 6.0.

ГЛАВА 5. Изменение эколого-биологических свойств почв при загрязнении мазутом

Как показали модельные эксперименты, как правило, все исследованные показатели снижают свои значения при загрязнении почвы мазутом.

При мазутном загрязнении всех исследованных почв активность как каталазы, так и дегидрогеназы существенно снижается. Степень воздействия мазута зависит от его концентрации в почве. Чем она выше, тем сильнее подавляется ферментативная активность почвы. В отличие от многих других биологических показателей состояния почвы, ферментативная активность почвы часто образует прямолинейную зависимость от концентрации загрязняющих веществ. Существующая закономерность свидетельствует о хорошей информативности данных показателей, в связи с чем их определение рекомендуется для широкого использования при биомониторинге и биодиагностики состояния почв, в частности подверженных загрязнению мазутом.

Настоящими исследованиями было подтверждено, что мазут при низких концентрациях оказывает стимулирующее действие на бактерии рода Azotobacter. Особенно ярко данное действие проявляется в случае с серопесками. При высоких концентрациях мазута во всех почвах обилие бактерий рода Azotobacter снижается.

При мазутном загрязнении всех исследованных почв целлюлозолитическая активность существенно снижается, находясь в прямой зависимости от концентрации мазута в почве.

Изучая влияние мазутного загрязнения на фитотоксичность почв Юга России в качестве тест-объекта был использован редис. При исследовании мазутного загрязнения почв использовали наиболее информативные показатели фитотоксичности — длину корней, длину побегов и всхожесть.

В результате исследований было установлено, что степень угнетения редиса загрязняющим веществом для чернозема обыкновенного, чернозема выщелоченного и бурой лесной почвы напрямую зависело от его концентрации в почве. Проведенные исследования также показали, что мазут в низких концентрациях оказывает значительное стимулирующее воздействие на длину корней и побегов для серопесков.

Влияние загрязнения мазутом на эколого-биологические свойства исследованных почв приведено в табл. 2-5. На основе исследованных показателей был определен интегральный показатель биологического состояния (ИПБС) черноземов обыкновенных, черноземов слитых, бурой лесной почвы и серопесков (рис. 1-4).

По исследованиям Колесникова С.И. с соавт. (2000) можно судить, что значительного нарушения экологических функций почвы не происходит, пока значения ИПБС не снизились более чем на 10 %.

Снижение ИПБС чернозема обыкновенного более чем на 10% зарегистрировано при концентрации мазута в почве более 0,7% (рис. 1). Соответственно меньшее содержание мазута для чернозема обыкновенного можно считать экологически безопасным. В результате исследования установлено, что черноземы обыкновенные относительно устойчивы к мазутному загрязнению. Это определяется их эколого-генетическими свойствами, такими как высокая поглотительная способность, хорошая оструктуренность, окислительные условия, высокая биологическая активность.

Снижение ИПБС чернозема выщелоченного слитого более чем на 10% зарегистрировано при концентрации мазута в почве более 0,3% (рис. 2). Меньшее содержание мазута для данного подтипа чернозема можно считать экологически безопасным. Исследования показали, что черноземы выщелоченные слитые относительно устойчивы к мазутному загрязнению благодаря хорошей оструктуренности, высокой поглотительной способности и высокой биологической активности, способствующей разложению мазута.

Для бурой лесной почвы снижение ИПБС более чем на 10% зарегистрировано при концентрации мазута в почве уже более чем 0,1% (рис. 3). Соответственно, для бурой лесной почвы экологически безопасным можно считать содержание мазута лишь меньше 0,1%. В результате исследования установлено, что бурые лесные почвы по сравнению с черноземами менее устойчивы к мазутному загрязнению. Плохая оструктуренность и низкая биологическая активность бурых лесных почв замедляет процесс разложения и детоксикации мазута.

Снижение ИПБС более чем на 10% зарегистрировано при концентрации мазута в серопесках около 0,06% (рис. 4). Только меньшее содержание мазута для серопесков можно считать экологически безопасным. Несмотря на это, для серопесков характерна способность сохранять высокие показатели роста и развития растений при значительном загрязнении нефтепродуктами. По-видимому, легкий гранулометрический состав позволяет им сохранить приемлемый для растений воздушный и окислительно-восстановительный режим.

Таблица 2

Влияние загрязнения мазутом на эколого-биологические свойства

чернозема обыкновенного

Содержание мазута в почве, % Активность каталазы, мл О2/г Активность дегидрогеназы, мг ТТХ/10 г Целлю-лозоли-тическая активность, % Всхожесть, % Длина корней, % Длина побегов, % Обилие бактерий рода Azotobacter, % комочков обрастания
Контроль 9,4 15,4 100 100 100 100 100
0,1 8,5 14,7 100 98 87 79 84
0,5 6,9 12,8 99 96 83 61 70
1 6,2 11,9 77 78 43 49 64
2,5 4,5 11,4 65 71 51 53 58
5 4,1 10,3 49 67 35 32 45
10 3,4 9,9 38 62 33 30 32
25 3,0 8,3 0 60 58 55 21
50 2,4 1,5 0 54 37 40 12
НСР05 0,4 1,8 20 9 6 6 5

 Изменение интегрального показателя биологического состояния (ИПБС)-0

Рис. 1. Изменение интегрального показателя биологического состояния (ИПБС) чернозема обыкновенного при загрязнении мазутом, % от контроля

Таблица 3

Влияние загрязнения мазутом на эколого-биологические свойства

чернозема выщелоченного слитого

Содержание мазута в почве, % Активность каталазы, мл О2/г Активность дегидрогеназы, мг ТТХ/10 г Целлю-лозоли-тическая активность, % Всхожесть, % Длина корней, % Длина побегов, % Обилие бактерий рода Azotobacter, % комочков обрастания
Контроль 11,2 23,7 100 100 100 100 100
0,1 10,1 19,7 75 97 88 97 84
0,5 9,9 19,2 71 96 78 91 70
1 9,5 17,7 62 95 76 90 64
2,5 9,2 16,4 51 91 57 87 58
5 8,9 14,1 28 90 47 84 45
10 1,3 7,7 24 89 45 73 32
25 0,8 6,7 20 86 43 67 21
50 0,2 3,0 8 85 47 70 12
НСР05 0,8 2,5 15 11 8 11 5

 Изменение интегрального показателя биологического состояния (ИПБС)-1

Рис. 2. Изменение интегрального показателя биологического состояния (ИПБС) чернозема выщелоченного слитого при загрязнении мазутом, % от контроля

Таблица 4

Влияние загрязнения мазутом на эколого-биологические свойства

бурой лесной почвы

Содержание мазута в почве, %  Активность каталазы, мл О2/г  Активность дегидроген азы, мг ТТХ/10г Целлю-лозоли-тическая активность, % Всхож есть, % Длина корней, % Длина побегов, % Обилие бактерий рода Azotobacter, % комочков обрастания
Контроль 6,3 12,3 100 100 100 100 86
0,1 5,1 7,2 91 93 91 55 85
0,5 4,2 7,7 82 80 82 47 84
1 4,1 2,3 67 76 67 49 83
2,5 3,6 1,9 57 65 57 43 80
5 3,3 1 53 59 53 42 77
10 2,7 0,9 38 41 38 11 76
25 0,3 0,5 9 1 10 8 45
50 0,2 0,3 3 3 3 10 54
НСР05 0,3 0,5 18 8 8 5 7

 Изменение интегрального показателя биологического состояния (ИПБС)-2Рис. 3. Изменение интегрального показателя биологического состояния (ИПБС) бурой лесной почвы при загрязнении мазутом, % от контроля

Таблица 5

Влияние загрязнения мазутом на эколого-биологические свойства серопесков

Содержание мазута в почве, % Активность каталазы, мл О2/г Активность дегидроген азы, мг ТТХ/10г Целлю-лозоли-тическая активность, % Всхож есть, % Длина корней, % Длина побегов, % Обилие бактерий рода Azotobacter, % комочков обрастания
Контроль 0,8 28,9 100 100 100 100 100
0,1 0,7 22,3 53 91 129 145 81
0,5 0,6 17,2 44 85 132 153 80
1 0,4 18,1 38 68 150 167 80
2,5 0,4 14,3 13 65 120 141 85
5 0,4 9,9 0 77 119 135 88
10 0,2 7,3 0 70 115 118 98
25 0,1 5,3 0 71 78 73 96
50 0,0 2,8 0 67 62 69 98
НСР05 0,04 2,2 7 9 16 18 8

 Изменение интегрального показателя биологического состояния (ИПБС)-3

Рис. 4. Изменение интегрального показателя биологического состояния (ИПБС) серопесков при загрязнении мазутом, % от контроля

Однако, другие биологические показатели, такие как каталазная, дегидрогеназная и особенно целлюлозолитическая активность, свидетельствуют о низкой устойчивости серопесков к мазутному загрязнению по сравнению с черноземами обыкновенными, черноземами выщелоченными слитыми и бурой лесной почвой.


Глава 6. Сравнительная оценка устойчивости

разных почв к загрязнению мазутом

Результаты исследования влияния загрязнения мазутом на интегральный показатель биологического состояния (ИПБС) некоторых почв Юга России, существенно различающимся по физическим, химическим и биологическим свойствам, представлены на рис. 5.

 Изменение интегрального показателя биологического состояния (ИПБС)-4

Рис. 5. Изменение интегрального показателя биологического состояния (ИПБС) различных почв при загрязнении мазутом, % от контроля:

Чо — черноземы обыкновенные, Чсл — черноземы слитые,

Сп — серопески, Бл — бурые лесные почвы

В ходе исследования выявлено, что траектории изменения свойств почв существенно зависят от конкретного количества в почве мазута, поэтому невозможно построить один корректный ряд почв по степени их устойчивости к загрязнению мазутом. Целесообразно представить минимум два таких ряда.

При содержании мазута в почве менее 2,5 %: черноземы обыкновенные = черноземы выщелоченные слитые > бурые лесные почвы > серопески.

При содержании мазута в почве более 2,5 %: черноземы обыкновенные = черноземы выщелоченные слитые > серопески > бурые лесные почвы.

Проведенная сравнительная оценка устойчивости биологических свойств разных почв к загрязнению мазутом, позволила сделать два важных вывода.

1.Траектории изменения биологических свойств почвы в зависимости от содержания в ней мазута существенно различаются для почв с разнящимися свойствами (черноземы, бурая лесная почва, серопески) и схожи для близких почв (черноземы обыкновенные и черноземы слитые).

2.Одна и та же почва (бурая лесная почва) может быть более устойчива к загрязнению мазутом, чем другая почва (серопески), при одних концентрациях мазута (до 2,5%) и менее устойчива при других (свыше 2,5%). Соответственно проводя сравнительную оценку разных почв между собой по их устойчивости к загрязнению, следует привязываться к конкретным количествам загрязняющего вещества.

Глава 7. Возможности применения биологических показателей при биомониторинге и биодиагностике загрязнения почв мазутом

По степени информативности (по тесноте корреляции между показателем и содержанием в почве загрязняющего вещества) исследованные биологические показатели располагаются следующим образом: активность каталазы > активность дегидрогеназы >= целлюлозолитическая способность >= всхожесть >= длина корней >= длина побегов > обилие бактерий рода Azotobacter.

Таким образом, наиболее информативными показателями из исследованных при загрязнении почвы мазутом являются показатели ферментативной активности — каталаза и дегидрогеназа. Менее информативными проявили себя показатели фитотоксичности (всхожесть, длина корней и надземной части растений). И наименее информативным оказался показатель — обилие бактерий рода Azotobacter, что обычно для него не характерно. Но это только в связи с неожиданно низким коэффициентом корреляции на черноземе обыкновенном.

Остальные показатели показали высокую степень корреляции (коэффициент корреляции от -0,65 до -0,82).

Проведенное исследование подтвердило закономерность, установленную ранее, что, несмотря на то, что микробиологические показатели первыми реагируют на антропогенное воздействие, их реакция значительно хуже коррелирует со степенью этого воздействия, чем реакция биохимических показателей. К тому же, микробиологические показатели отличаются намного более значительным варьированием по сравнению с биохимическими показателями.

Таким образом, при проведении мониторинга и диагностики состояния почв, загрязненным мазутом, прежде всего, следует определять биохимические показатели, как более чувствительные, менее варьирующие, менее трудоемкие и менее дорогостоящие в сравнении с микробиологическими показателями.

О степени чувствительности показателя можно судить по степени снижения его значений в вариантах с загрязнением по сравнению с контролем. Значения усреднены по дозам.

По степени чувствительности (по степени снижения значений) к загрязнению мазутом исследованные биологические показатели располагаются следующим образом (в среднем по дозам): целлюлозолитическая способность > активность каталазы >= активность дегидрогеназы > длина корней > всхожесть = длина надземных побегов > обилие бактерий рода Azotobacter.

Таким образом, при загрязнении мазутом более чувствительными являются биохимические показатели — активность ферментов и целлюлозолитическая способность. Наименее чувствительным является обилие бактерий рода Azotobacter.

Глава 8. Предложения по нормированию

химического загрязнения почв мазутом

Работами Колесникова С.И. с соавт. (2001, 2002) установлено, что нарушение экологических функций почвы происходит в определенной очередности. Тот факт, что различные экологические функции почвы нарушаются при различной концентрации загрязняющего вещества в почве, может лежать в основе экологического нормирования загрязнения почв. В качестве критерия степени нарушения экологических функций почвы предлагается использовать интегральный показатель биологического состояния почвы (ИПБС). Если значения ИПБС уменьшились менее чем на 10 %, то почва выполнят свои основные экологические функции нормально.

Соответственно экологически безопасной концентрацией мазута для черноземов обыкновенных является 0,7 %, для черноземов слитых — 0,3 %, для бурых лесных почв — 0,1 %, для серопесков — 0,06 %. Более высокие количества мазута вызывают срыв значимых экологических функций почвы и ведут к заметным негативным экологическим последствиям.

Таблица 6

Схема экологического нормирования загрязнения некоторых почв

Юга России мазутом по степени нарушения экофункций и

необходимые ответные действия

Почвы Не загрязненные Слабо- загрязненные Средне- загрязненные Сильно- загрязненные
Степень снижения интегрального показателя1 < 5 % 5 – 10 % 10 – 25 % > 25 %
Нарушаемые экологические функции2 Информационные Химические, физико-химические, биохимические; целостные Физические
Почва Содержание мазута в почве, %
Чо < 0,40 0,40-0,7 0,7-2,8 > 2,8
Чсл < 0,09 0,09-0,3 0,3-2,6 > 2,6
Бл < 0,06 0,06-0,1 0,1-0,8 > 0,8
Сп < 0,04 0,04-0,06 0,06-0,4 > 0,4
Наиболее целесообразные ответные действия (способы санации почв) Санация не требуется Фиторемедиация, промывки Химическая мелиорация: внесение органических веществ, ионообменных смол, фосфорных удобрений, извести, цеолитов и т.д. Удаление загрязненного слоя почвы и замена его новым экологически и сельскохозяйственно полноценным

1.Определение интегрального показателя по С.И. Колесникову, К.Ш. Казееву, В.Ф. Валькову (2000).

2.Классификация экологических функций по Г.В. Добровольскому и Е.Д. Никитину (1990).

ВЫВОДЫ

  1. Как показали модельные эксперименты, все биологические показатели, использованные в работе, снижают свои значения при загрязнении почвы мазутом. Как правило, степень снижения значения показателя находится в прямой зависимости от концентрации мазута в почве.
  2. По степени чувствительности (по степени снижения значений) к загрязнению мазутом исследованные биологические показатели располагаются следующим образом (в среднем по дозам): целлюлозолитическая способность > активность каталазы >= активность дегидрогеназы > длина корней > всхожесть = длина побегов > обилие бактерий рода Azotobacter.
  3. По степени информативности (по тесноте корреляции между показателем и содержанием в почве мазута) исследованные биологические показатели располагаются следующим образом: активность каталазы > активность дегидрогеназы >= целлюлозолитическая способность >= всхожесть >= длина корней >= длина побегов > обилие бактерий рода Azotobacter.
  4. Микробиологический показатель обилия бактерий рода Azotobacter менее чувствителен к загрязнению мазутом, чем нефтью и бензином. По-видимому, это связано с тем, что нефть и бензин содержат больше, чем мазут, летучих токсичных для микроорганизмов веществ. Соответственно при мониторинге и нормировании загрязнения почвы мазутом целесообразно совместное использование биохимических и микробиологических показателей.
  5. Более устойчивыми к загрязнению мазутом проявили себя черноземы обыкновенные и слитые, а серопески и бурые лесные почвы — более чувствительными. Черноземы отличаются хорошей оструктуренностью, окислительными условиями и высокой биологической активностью, что способствует их большей устойчивости к загрязнению мазутом, и, в частности, большей скорости его разложения.
  6. Для серопесков характерно более резкое снижение биологических показателей по сравнению с другими почвами на малых дозах мазута и менее сильное их падение на больших дозах. По-видимому, эта особенность серопесков связана с их гранулометрическим составом. При попадании большого количества мазута в песчаную почву водно-воздушный режим серопесков ухудшается в меньшей степени, чем в почвах с тяжелым гранулометрическим составом.
  7. Траектории изменения биологических свойств почвы в зависимости от содержания в ней мазута существенно различаются для почв с разнящимися свойствами (черноземы, бурая лесная почва, серопески) и схожи для близких почв (черноземы обыкновенные и черноземы слитые).
  8. Одна и та же почва (бурая лесная почва) может быть более устойчива к загрязнению мазутом, чем другая почва (серопески), при одних концентрациях мазута (до 2,5%) и менее устойчива при других (свыше 2,5%). Соответственно проводя сравнительную оценку разных почв между собой по их устойчивости к загрязнению, следует привязываться к конкретным количествам загрязняющего вещества или делать значительные обобщения.
  9. Экологически безопасной концентрацией мазута для черноземов обыкновенных является 0,7 %, для черноземов слитых — 0,3 %, для бурых лесных почв — 0,1 %, для серопесков — 0,06 %. Более высокие количества мазута вызывают срыв основных экологических функций почвы и ведут к ощутимым негативным экологическим последствиям.

СПИСОК РАБОТ, опубликованных ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

Статья в издании, рекомендованном ВАК:

  1. Гайворонский В.Г., Колесников С.И. Моделирование загрязнения чернозема слитого и бурой лесной почвы мазутом с целью установления его экологически безопасной концентрации // Изв. вузов. Сев.-Кавк. регион. Естеств. науки. 2008. № 4. С. 86-88. (90 % 0,4 п.л.)


Статьи и тезисы в других изданиях:

  1. Гайворонский В.Г. Почвенный покров и эколого-экономическая оценка почв СПК «Персиановский» Октябрьского района Ростовской области // Сборник трудов II научно-практической конференции «Экологические проблемы. Взгляд в будущее». Ростов-на-Дону—Абрау-Дюрсо. 2005. С. 28-30. (100 % 0,04 п.л.).
  2. Гайворонский В.Г., Завада Д.С. Почвенный покров и эколого-экономическая оценка почв СПК «Родина» Октябрьского района Ростовской области // Тезисы докладов XII Международной научной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Ломоносов -2005». Секция «Почвоведение». МГУ. Москва. 2007. C.31-32. (90 % 0,05 п.л.).
  3. Гайворонский В.Г. Антропогенное влияние на экологические функции почв // Тезисы докладов XIII Международной научной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Ломоносов -2006». Секция «Почвоведение». МГУ. Москва. 2007. С. 27 (100 % 0,05 п.л.).
  4. Гайворонский В.Г. Влияние загрязнения нефтью и нефтепродуктами на экосистемные (биогеоценотические) функции почв // Тезисы докладов XIV Международной научной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Ломоносов -2007». Секция «Почвоведение». МГУ. Москва. 2007. С. 16 (100 % 0,05 п.л.).
  5. Гайворонский В.Г., Жаркова М.Г., Колесников С.И. Влияние загрязнения мазутом на эколого-биологические свойства чернозема выщелоченного слитого в модельном эксперименте // Материалы Международной научной конференции «Экология и биология почв». Ростов-на-Дону. 2007. С. 59-61. (75 % 0,05 п.л.).
  6. Гайворонский В.Г. Экосистемные (биогеоценотические) функции почв в условиях загрязнения нефтью и нефтепродуктами // Наука и образование: Материалы VII Международной научной конференции (14-15 марта 2008). Секция «Экология и валеология». БИФ КемГУ. Белово. 2008. Ч. 1. С. 541-543 (100 % 0,05 п.л.).
  7. Гайворонский В.Г. Моделирование загрязнения бурой лесной почвы мазутом с целью установления экологически безопасной концентрации // Тезисы докладов XV Международной научной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Ломоносов -2008». Секция «Почвоведение». МГУ. Москва. 2008. C. 16-17 (100 % 0,05 п.л.).
  8. Гайворонский В.Г., Жаркова М.Г. Моделирование загрязнения чернозема выщелоченного слитого мазутом с целью установления экологически безопасной концентрации. // Материалы 5 съезда Всероссийского общества почвоведов им. В.В. Докучаева. Ростов-на-Дону. 2008. С. 279 (75 % 0,05 п.л.).
  9. Gaivoronskiy V.G., Kolesnikov S.I. Modelling pollution of the leeching compact chernozem by black oil to establish ecological save concentration // Abstracts of The Eurosoil Symposium. Vienna. Austria. 2008. P. 147. P. 209. (90 % 0,05 п.л.).
  10. Гайворонский В.Г., Колесников С.И. Воздействие мазутного загрязнения на эколого-биологические свойства бурой лесной почвы в модельном эксперименте // Сборник трудов V международной научно-практической конференции «Экологические проблемы. Взгляд в будущее». Ростов-на-Дону—Абрау-Дюрсо. 2008. С. 118-119 (90 % 0,05 п.л.).
  11. Гайворонский В.Г., Ротина Е.Н., Жаркова М.Г., Кутузова И.В. Колесников С.И. Моделирование загрязнения чернозема слитого мазутом с целью установления экологически безопасной концентрации // Сборник трудов V международной научно-практической конференции «Экологические проблемы. Взгляд в будущее». Ростов-на-Дону—Абрау-Дюрсо. 2008. С. 119-123 (75 % 0,07 п.л.).
  12. Ротина Е.Н., Гайворонский В.Г., Молчанова Е.В., Колесников С.И. Оценка экологического состояния загрязненных мазутом чернозема слитого и бурой лесной почвы по биологическим показателям // Сборник трудов V международной научно-практической конференции «Экологические проблемы. Взгляд в будущее». Ростов-на-Дону—Абрау-Дюрсо. 2008. С. 407-411. (40 % 0,07 п.л.).
  13. Гайворонский В.Г., Жаркова М.Г., Колесников С.И. Установление экологически безопасной концентрации мазута в черноземе слитом при помощи моделирования загрязнения в лабораторных условиях // Материалы Всероссийской научной конференции «Фундаментальные достижения в почвоведении, экологии, сельском хозяйстве на пути к инновациям». Москва. 2008. С. 176-177. (75 % 0,05 п.л.).
  14. Гайворонский В.Г. Воздействие мазутного загрязнения на эколого-биологические свойства чернозема выщелоченного слитого в модельном эксперименте // Сборник материалов докладов VI Всероссийской научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Молодежь XXI века - будущее Российской науки». Том 1. Секция «Биология и почвоведение». ЮФУ. Ростов-на-Дону. 2008. С. 44. (100 % 0,05 п.л.).
  15. Гайворонский В.Г., Ярославцев М.В., Колесников С.И. Методика установления экологически безопасной концентрации мазута в почве // Материалы II международной научной конференции «Актуальные проблемы биологии, нанотехнологий и медицины». Ростов-на-Дону. 2008. С. 60-61. (85 % 0,05 п.л.).

Список сокращений

ИПБС — интегральный показатель биологического состояния почвы,

НСР — наименьшая существенная разность.



 



<
 
2013 www.disus.ru - «Бесплатная научная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.