ПРОБЛЕМЫ БИОТЕСТИРОВАНИЯ ЭКОЛОГИЧЕСКИХ ФУНКЦИЙ ГУМИНОВЫХ ВЕЩЕСТВ Чуков С.Н. Санкт-Петербургский государственный университет, Санкт-Петербург, Россия. S_Chukov@mail.ru
PROBLEMS OF BIOTESTING OF HUMIC SUBSTANCES ECOLOGICAL FUNCTIONS Chukov S.N. Гуминовые вещества являются обязательными участниками не только малого биологического круговорота наземных и водных экосистем, но также и большого геологического круговорота.
В то же время они являются наиболее крупным и важным резервуаром углерода и азота как в наземных экосистемах, так и биосфере в целом. Многообразие экологических функций ГВ диктует необходимость разработки широкого круга методов их биологического тестирования. В первую очередь это касается проблемы оценки эмиссии парниковых газов с поверхности почв, значительная часть которой имеет своим источником процессы трансформации и минерализации ГВ и органического вещества почв в целом. От того, какие процессы начнут доминировать в этом гигантском резервуаре углерода и азота при наблюдающемся сейчас потеплении, зависит судьба климата планеты и по сути дела существование всей биосферы. Вторая важнейшая экологическая функция ГВ - физиологическая и биопротекторная - более чем активно используется сейчас в прикладной области производителями и потребителями широчайшего круга гуминовых препаратов, получаемых из самых разных источников. Эти препараты имеют сейчас исключительно широкий спектр использования - от традиционных областей применения в промышленности, растениеводстве и животноводстве, до медицины и биотехнологий очистки и ремедиации загрязненных почв и ландшафтов. Анализ современного состояния исследований в этой области показывает определенное несовершенство как методической базы, так и традиционных методологических подходов к изучению экологических функций ГВ. Причиной этого является, прежде всего, ярко выраженный полихимизм и стохастический характер молекулярной структуры ГВ. До сих пор неясен механизм проявления физиологической и биопротекторной активности ГВ по отношению к растениям и биоте. Наиболее реалистичная мембранотропная гипотеза этого процесса пока не получила убедительного подтверждения. Столь же проблемной остается и оценка биодоступности ГВ в меняющихся гидротермических условиях, что затрудняет конкретизацию функционала блока ГВ в различных имитационных моделях круговорота углерода. Все перечисленные проблемы требуют серьезного переосмысления традиционной методологии и выхода на более высокие интеграционные подходы в исследовании экологических функций ГВ. Работа выполнена при поддержке РФФИ (грант 10-04-01247-а). БИОДЕСТРУКЦИЯ ВЫСОКОВЯЗКОЙ НЕФТИ В ЗАГРЯЗНЕННОЙ ПОЧВЕ Шагабиева Ю.З., Сваровская Л.И., Филатов Д.А. Институт химии нефти Сибирского отделения РАН, Томск, Россия. sli@ipc.tsc.ru BIODEGRADATION OF HIGH-VISCOUS OIL IN A MODEL SOIL SYSTEM Shagabieva Yu.Z., Svarovskaya L.I., Filatov D.A. Биотехнология восстановления нефтезагрязненных почв разрабатывается в двух основных направлениях: с учетом численности и деструктивной активности аборигенной микрофлоры или на основе готовых биопрепаратов, содержащих активную углеводородокисляющую микрофлору. При этом важное значение имеет концентрация загрязнения. Следовательно, основными биотестами при создании биотехнологии являются численность, разнообразие и оксигеназная активность аборигенной микрофлоры. Высоковязкие нефти считаются труднодоступными для утилизации микроорганизмами, поэтому целью данной работы является изучение процессов биоокисления углеводородов высоковязкой нефти. Для загрязнения почвы применяли нефть Усинского месторождения с плотностью 0.965 кг/м3, вязкостью 12800 мПа с при +20°С в концентрации 5 %. Нефть обладает аномальными неньютоновскими свойствами, относится к классу «тяжелых» высоковязких нефтей с содержанием серы до 2 %, смол - 21.5 % и асфальтенов - 10 %. Показано, что в период адаптации после загрязнения нефтью, ферментативная активность микроорганизмов снижается в 1.5-2 раза, что связано с понижением их численности. Установлено, что после периода адаптации численность и активность почвенного биоценоза возрастает за счет углеводородокисляющей группы микроорганизмов. При этом скорость биодеструкции углеводородов (УВ) увеличивается. Пероксидазная и полифенолоксидазная активности превышают контрольные данные в 2.54 раза, каталазная и дегидрогеназная - в 2.0-2.5 раза. Утилизация нефти за 60 сут. эксперимента составила 50 %. Анализ остаточной нефти методом ИК-спектрометрии показал присутствие большого количества кислородсодержащих соединений, что свидетельствует об активности деструктивных процессов. Особо следует отметить появление полос поглощения альдегидов и кислот в области 1270 см-1, свидетельствующих о биодеструкции алкилбензолов. Общая деструкция циклических УВ в биодеградированной нефти составила 69.2 %. Визуально почва чистая, посеянные многолетние травы проросли и образовали сплошной зеленый ковер. An effect of the highly viscous oil the Usa deposit on the oxygenase activity of the aboriginal soil microflora under laboratory conditions has been investigated. It was shown that the microorganisms get adapted to hydrocarbons (HC) of high-viscous soil after a definite time and the rate of the biochemical oxidation of these compounds increased. The oil utilization reached 50 % at the end 60-day experiment. Infrared spectrometry made it possible to prove that among the residual HC, a great amount of oxygen-containing compounds, metabolic intermediates of the microbial oxidation of oil HC, occurred. The method of chromatomas-spectrometry permitted to assess the intensity of biodestruction of all HC in the model soil system. ОЦЕНКА ДОПУСТИМОГО СОДЕРЖАНИЯ НЕФТИ В СВЕТЛО-СЕРЫХ ЛЕСНЫХ ПОЧВАХ ПО ПОКАЗАТЕЛЮ ФИТОПРОДУКТИВНОСТИ Шамаев О.Е. Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова, Москва, Россия. oleg.shamaev.1993@gmail.com ASSESSMENT OF ALLOWED OIL CONTENT IN LIGHT-GRAY FOREST SOILS USING PHYTOPRODUCTIVITY INDEX Shamaev O.E.
Цель работы: экспериментальная оценка допустимого содержания нефти и продуктов ее трансформации в светло-серых лесных почвах по показателю фитопродуктивности. Задачи: 1. анализ литературных данных, посвященных влиянию нефтяного загрязнения на физико-химические и биологические свойства почв, определяющие их плодородие и экологические функции; 2. в условиях лабораторно-вегетационного эксперимента провести исследования взаимосвязи фитопродуктивности модельных тест-объектов (пшеница яровая Triticum vulgare L. и горох посевной Pisum sativum L.) в зависимости от уровня содержания нефти в светло-серых лесных почвах; 3. выявить и количественно описать зависимость параметров роста и развития опытных растений от содержания нефти в почвах в условиях эксперимента; 4. предложить норматив допустимого содержания нефти и продуктов ее трансформации в светло-серых лесных почвах по критерию биологической продуктивности. Методика: 1. Подготовку проб к анализу осуществляли в соответствии с ГОСТ 29269-91. Опытные почвы с заданным содержанием нефтепродуктов готовили путем перемешивания в различных соотношениях загрязненной и чистой (контрольной) почв. 2. Физико-химическое состояние почв оценивали по следующим показателям: содержание нефтепродуктов, гранулометрический состав, органическое вещество, рН водных и солевых суспензий, засоленность (плотный остаток водной вытяжки). 3. Лабораторно-вегетационные опыты по определению фитопродуктивности проводились в соответствии с ГОСТ Р ИСО 22030-2009 «Качество почвы. Биологические методы. Хроническая фитотоксичность в отношении высших растений». В качестве тест-объектов использованы два вида растений: односемядольное растение - пшеница яровая (Triticum vulgare L.) сорта Экада-97 и двусемядольное растение - горох посевной (Pisum sativum L.) сорта Варис. Выбор указанных видов обусловлен высокой экономической значимостью данных культур для Республики Татарстан. Выводы: 1. В настоящее время отсутствуют федеральные нормативы предельного содержания нефти и продуктов ее трансформации в почвах, что затрудняет экологическую оценку качества нефтезагрязненных земель, а также разработку и проведение на них рекультивационных мероприятий. Необходима разработка нормативов для основных типов почв РТ как нефтедобывающего региона. 2. В условиях вегетационного опыта проведены исследования взаимосвязи между фитопродуктивностью модельных тест-объектов (пшеницы яровой Triticum vulgare L. и гороха посевного Pisum sativum L.) и содержанием нефти (0.333.0 г/кг) в светло-серых лесных почвах. 3. Расчетными методами выявлена зависимость между изменением биомассы пшеницы и гороха (у) и концентрацией нефти в почве (х). Она выражается следующей функцией: для пшеницы y = -0.0559x + 0.3873; для гороха y = -0.0743х + 0.7674. 4. С использованием критерия фитотоксичности и статистически выявленной взаимосвязи биологической продуктивности почв от содержания в них нефти установлены минимальные допустимые концентрации нефти, при которых продуктивность культурных растений (пшеница и горох) снижается не более чем на 20 % по сравнению с контролем. За допустимое содержание нефти в светло-серой лесной почве, полученное с использованием в качестве критерия величины продуктивности пшеницы предложена величина 2.0 г/кг. СРАВНИТЕЛЬНАЯ ОЦЕНКА ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ВЫЖИВАЕМОСТИ И ТРОФИЧЕСКОЙ АКТИВНОСТИ DAPHNIA MAGNA ПРИ ОПРЕДЕЛЕНИИ ТОКСИЧНОСТИ ВОДЫ Шашкова Т.Л., Григорьев Ю.С. Сибирский федеральный университет, Красноярск, Россия. tatyana_eco@inbox.ru COMPARATIVE SENSITIVITY EVALUATION OF THE INDICES OF SURVIVAL RATE AND FEEDING RATE OF DAPHNIA MAGNA TO DETERMINE WATER TOXICITY Shashkova T.L., Grigoriev Y.S. При оценке качества водной среды существенное значение имеет время проведения анализа, за которое может быть получен ответ о токсичности исследуемого образца. Широко используемые сейчас в России и за рубежом методы биотестирования токсичности воды на дафниях занимают по времени 2-4 и более суток, тогда как результат анализа зачастую надо получить в более короткие сроки. В связи с этим в настоящее время актуальным является поиск более оперативных методов токсикологического анализа. Решение этой проблемы возможно как за счет увеличения оперативности метода биотестирования на рачках по показателю выживаемости, так и применения более быстрых тест-функций, основанных на поведенческих и физиологических реакциях ракообразных, которые позволяют определить сублетальные (не вызывающие гибели) концентрации загрязняющих веществ. Одной из этих реакций является трофическая активность дафний, то есть величина поглощенного дафниями корма за определенный промежуток времени. Вместе с тем, не совсем ясно, насколько адекватным будет изменение величины данного показателя уровню токсичности анализируемых вод и выживаемости самих рачков. В связи с этим нами было проведено сравнение показателей выживаемости и трофической активности ветвистоусых ракообразных вида Daphnia magna при определении токсичности воды. Исследования с использованием в качестве токсикантов солей некоторых тяжелых металлов (ТМ) показали, что в большинстве случаев снижение показателей скорости питания дафний происходит раньше по времени и при меньших концентрациях ТМ, чем наблюдается их гибель. Кроме того, была выявлена более высокая чувствительность показателя трофической активности дафний по сравнению с их выживаемостью при биотестировании токсичности сточных и природных вод. Таким образом, метод регистрации трофической активности дафний позволяет на более ранней стадии воздействия обнаруживать проявление токсического эффекта загрязняющих веществ и, следовательно, более оперативно выявлять присутствие токсикантов в тестируемой воде.
Еще по теме ПРОБЛЕМЫ БИОТЕСТИРОВАНИЯ ЭКОЛОГИЧЕСКИХ ФУНКЦИЙ ГУМИНОВЫХ ВЕЩЕСТВ Чуков С.Н. Санкт-Петербургский государственный университет, Санкт-Петербург, Россия. S_Chukov@mail.ru: