IX Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2017

Вопрос негативного влияния техносферы на природную среду сохраняет свою актуальность в силу непрерывности экспансии технологических объектов на прежде интактные природные объекты и нескомпенсированного загрязняющего воздействия объектов антропогенной активности на природные ресурсы по отношению к степени возобновляемости данного ресурса. Почва является сложной полиморфной системой, оказывающейся в зоне постоянного контакта природных и антропогенных потоков вещества и энергии, вследствие чего экологическая оценка является очень показательным критерием в отношении степени нескомпенсированности антропогенной активности. Загрязнение является опасным видом почвенной деградации вследствие тяжести и масштаба негативных последствий, затрагивающих большие области природных зон и действующие на все составляющие этой зоны, включающие живые организмы. Регенерация и устойчивое динамическое равновесие почвы поддерживается за счет населяемости ее трехмерного пространства организмами, способными преобразовывать почвенные элементы и потоки вещества. Отражение этого важнейшего признака можно зафиксировать по следам жизнедеятельности, а именно – по ферментативной активности. Этот биохимический показатель активности в силу узости своего оптимума является одним из удобных индикаторов с большой степенью чувствительностью и достаточной легкостью определения. Железные дороги являются объектами высокой антропогенной нагрузки, что включает в себя транспортировку потенциально опасных поллютантов, что делает ее экологический статус неблагоприятным и требующим детальной оценки различных показателей, позволяющих провести оперативную диагностику состояния.

Вследствие вышесказанного было принято решение изучить корреляцию биохимических показателей почвенной активности и уровня ее загрязнения нефтепродуктами. Исследования проводились на базе Оренбургского государственного университета. В соответствии с задачами проводимого анализа были отобраны наиболее простые в исполнении и, в то же время, информативные показатели ферментативной активности почвы, а также удобный подход к определению уровня нефтезагрязнения. В итоге проведенных испытаний было выяснено, что показатели ферментативной активности коррелируют с уровнем нефтезагрязнения, преимущественно это выражается обратной корреляцией между вышеуказанными показателями.

Объектами исследования послужили образцы почвы с участков железнодорожной станции с потенциально высоким уровнем загрязнения нефтепродуктами, среди которых – отдел технического обслуживания локомотивов, территория локомотивного депо, нефтебаза, сливо-наливная эстакада. Данные области характеризуются постоянным контактом с грузовым вагонопотоком, транспортирующим продукты нефтепереработки. Обслуживание грузовых составов также сопряжено с использованием материалов, включающих продукты нефтепереработки (смазочные масла). Также образец почвы был взят в области ближайших жилых домов, находящихся на расстоянии около 300 метров (за полосой отвода железнодорожной станции) для более полного отражения динамики биохимической активности почвы. Эта проба послужила своеобразным контролем в силу потенциально низкого уровня загрязнения.

Почва была проанализирована по следующим ферментативным показателям: каталазы, инвертазы и уреазы. Целесообразность выбора объясняется тем, что совокупность их активности отражает окислительно-восстановительный, биодеструктивный потенциал почвы и соответствующий уровень жизнедеятельности продуцирующих организмов, что позволяет считать данные показатели диагностически значимыми в условиях испытания. Нельзя упускать из виду о обстоятельство, что эти ферменты являются распространенными в пределах почвенной биоты, а колебания их активности делает диагностический процесс более оперативным. Активность каталазы определяли методом А. Н.Баха и А.И.Опарина, который подразумевает учет остаточного содержания пероксида водорода путем перманганатометрии. В качестве метода определения уреазной активности предпочтение было отдано методике И.Н. Ромейко и С.М. Малинской, которая заключается в фотометрии комплексов аммонийного азота продукта уреазной реакции и реактива Несслера. Инвертазная активность определялась согласно методике Ф.Х. Хазиева, Я. М. Агафаровой, что включает в себя фотометрирование для учета качественной реакции почвенных сахаров (глюкозы) с реактивом Феллинга. Для фотометрических операций использовался спектрофотометр ПЭ-5400ВИ. Массовая доля нефтепродуктов в пробах почвы была определена флуориметрическим методом на анализаторе жидкостей "Флюорат-2" путем сравнения коэффициента пропускания с эталонными растворами в гексане.

Результаты и обсуждение

Массовая доля нефтепродуктов в различных участках железнодорожной станции разнилась, что можно отследить на рисунке 1

Рисунок 1 – Массовая доля нефтепродуктов в почве, мг/кг

Видно, что диапазон загрязнения среди выбранных участков территории железнодорожной составляет в среднем от одного до двух процентов содержания нефтепродуктов в почве. Загрязнение почвы в области жилых домов незначителен и служит в качестве контрольного по уровню активности.

Данный уровень загрязнения изменяет равновесие почвенной биоты и ферментативную активность населяющих почву организмов, что подтверждено результатами анализа ферментативной активности, представленных на рисунках 2, 3, 4.

Рисунок 2 – Динамика активности каталазы в зависимости от уровня нефтезагрязнения

Отображенная на графике совокупность значений свидетельствует о том, что активность каталазы увеличивается при повышении концентрации нефтепродуктов до 2 процентов, то можно объяснить общим стимулирующим действием углеводородов нефти, выступающих в качестве субстрата окислительно-восстановительных реакций. При дальнейшем увеличении содержания нефтепродуктов активность каталазы ингибируется.

Рисунок 3 – Динамика активности уреазы в зависимости от уровня нефтезагрязнения

На рисунке 3 показано, что активность уреазы ингибируется при повышении уровня нефтезагрязнения на всем диапазоне содержания нефтепродуктов в почве выше фонового.

Рисунок 4 – Динамика активности инвертазы в зависимости от уровня нефтезагрязнения

Данные рисунка 4 показывают, что активность инвертазы также ингибируется при повышении уровня загрязнения нефтепродуктами на всем диапазоне концентраций, превышающих фоновый. Коэффициент корреляции для активности каталазы составил минус 0,78262, что является примером удовлетворительной обратной корреляции с небольшой нелинейной аберрацией, обусловленной неоднозначным воздействием нефтепродуктов. Коэффициенты корреляции для активностей уреазы и инвертазы составили минус 0,98429 и минус 0,94083, что указывает на большую выраженность отрицательной обратной связи и большую однозначность отрицательной корреляции.

Выводы

В связи с результатами проведенных исследований можно заключить, что ферментативная активность почвы снижается при повышении концентрации нефтепродуктов, не учитывая сторонние отклонения в случае каталазы.

В связи со снижением активности ферментов ниже контрольного уровня (вблизи жилых домов за полосой отвода) можно заключить, что уровень загрязнения превышает допустимый для естественных регенеративных сил почвенной биоты и оказывает на них токсический эффект.

Список использованных источников

1 Середина, В.П. Загрязнение почв : учебное пособие / В.П. Середина – Томск: Издательский Дом Томского государственного университета, – 2015. – 346 с.

2 Каримуллин, Л. К. Физиологическая активность почв при разных уровнях нефтяного загрязнения / Л.К. Каримуллин, А.М. Петров, А.А. Вершинин, Н.В. Шурмина // Известия Самарского научного центра РАН. – 2015. – Выпуск № 4-4 / том 17. – С.797-803

3 Михайлова, А. А. Эколого-биологические особенности и подходы к нормированию загрязнения нефтепродуктами городской среды Архангельска / Диссертация на соискание ученой степени кандидата биологических наук / А.А. Михайлова. – Архангельск. – 2014. – 158 с.

4 Хазиев, Ф.Х. Влияние нефтепродуктов на биологическую активность почв / Ф.Г. Хазиев, Е.И. Тишкина, Н.А. Киреева // Биологические науки. – 1988. - № 10. – С. 93-99

5 Новоселова, Е. И. Экологические аспекты трансформации ферментного пула почвы при нефтяном загрязнении и рекультивации / Диссертация на соискание ученой степени ученой степени доктора биологических наук / Е. И. Новоселова. – Уфа. – 2008. – 334 с.

6 Томский, И.С. Оценка качества рекультивации нефтезагрязненных земель по показателям ферментативной активности почв / И.С. Томский, Л. А. Ерофеевская, Л.А.Томская // Современные проблемы науки и образования. – 2015. – Номер 2-2. – С 870

7 Руденко, Е. Ю. Влияние отработанного кизельгура на биологическую активность нефтезагрязненной черноземной почвы / Е. Ю. Руденко // Известия Самарского научного центра Российской академии наук. – 2013. –Т 13. – №1 – С. 216-221

8 Киреева, Н. А. Ферментативная и микробиологическая активность загрязненных нефтью глееподзолистых почв на разных стадиях их восстановления / Н. А. Киреева, М. Ю. Макарова, Т. Н. Щемелина, Г. Ф. Рафикова // Вестник Башкирского университета. – 2006. – Т. 11. – № 4. – С 55-58

9 Щемелина, Т. Н. Диагностирование степени загрязненности почв нефтью по показателям ферментативной активности / Т. Н. Щемелина, Е. И. Новоселова, Н.А. Киреева, М. Ю. Макарова // Вестник Оренбургского государственного университета. – 2007. – № 11-1(75). – С. 432-434

10 Другов, Ю. С. Экологические анализы при разливе нефти и нефтепродуктов / Ю.С. Другов, А.А. Родин. – СПб. – 2000. – 250 с.

11 Киреева, Н.А. Комплексное биотестирование для оценки загрязнения почв нефтью / Н.А. Киреева, М.Д. Бакаева, Е.М. Тарасенко // Экология и промышленность России. – 2004. – № 2. – С. 26-29.

12 Колесников, С.И. Изменение ферментативной активности чернозема обыкновенного при загрязнении нефтью и нефтепродуктами в модельных экспериментах / С.И. Колесников, М.Л. Татосян, Д.К. Азнаурьян // Доклады Россельхозакадемии. – 2007. – № 5. – С. 32-34.

Код для цитирования: Скопировать