Активность окислительно-восстановительных ферментов почвогрунта после искусственного загрязнения нефтью и внесения детоксиканта

Размещено на http://www.allbest.ru/

АКТИВНОСТЬ ОКИСЛИТЕЛЬНО-ВОССТАНОВИТЕЛЬНЫХ ФЕРМЕНТОВ ПОЧВОГРУНТА ПОСЛЕ ИСКУССТВЕННОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ НЕФТЬЮ И ВНЕСЕНИЯ ДЕТОКСИКАНТА

Фомина Н.В.

Красноярский государственный аграрный университет

Abstract

The article deals with the activity indicators of oxidation-reduction and hydrolytic soil enzymes. It is established that use of a biological product of "Tamir" containing a complex of symbiotic microorganisms, promotes improvement of ecological conditions soil polluted by various concentration of oil that is expressed in activity increase invertases, activity decrease ureases, catalases and lipases.

Актуальной проблемой современной экологии является восстановление нефтезагрязненных почвенных и водных экосистем, так как зачастую нефтяное загрязнение приводит к необратимым изменениям биологического равновесия и разнообразия. В связи с этим, проблемы, связанные с разработкой способов и методов защиты окружающей среды от нефти и нефтепродуктов являются приоритетными (Анзурьян, 2009; Клюянова, 2009; Плешакова, 2010). нефтяной загрязнение тамир почвогрунт

В связи с тем, что деструкция нефти в окружающей среде - сложный многофакторный процесс, на который оказывают влияние физико-химический состав, концентрация и срок действия загрязнителя, почвенно-климатические и биологические особенности экосистемы и другие факторы, сведения по этой проблеме нередко противоречивы. Модельные опыты с искусственным загрязнением нефтью почвогрунтов позволяют не только выявить наиболее достоверные критерии его оценки, но и определить направленность изменений возникающих в биологической (ферментативной) системе и подобрать оптимальные детоксиканты.

Наиболее полно экологические аспекты трансформации ферментного пула почвы при нефтяном загрязнении представлены в работе Новоселовой Е.И. (2008), определена активность основных классов ферментов. Однако, работ по изучению новых микробных препаратов, способствующих быстрой и качественной переработки нефти в почве пока не достаточно.

Цель исследования - оценка уровня активности оксидаз и гидролаз при нефтяном загрязнении и внесении детоксиканта.

Для решения поставленных задач был заложен ряд модельных опытов. Изучали действие разных концентраций нефти -- 0,5; 1; 2,5; 5 и 10 % от массы почвы. ПДК нефти в почве не разработаны, поэтому для выражения концентрации нефти в почве использовали ее процентное содержание. Загрязнение почвы нефтью в исследованном диапазоне до 10 % от массы почвы наиболее часто встречается в районах нефтедобычи, транспортировки и переработки нефти.

Биологически активный препарат «Тамир» (серии ЭМ) вносили в дозировке, рекомендованной производителем: разбавление 1:100 и доза 5…7 л на 1м². Образцы отбирали через 14 суток после загрязнения нефтепродуктами и после внесения препарата «Тамир».

Лабораторно-аналитические исследования выполнены с использованием общепринятых в почвоведении и биологии методов (Методы почвенной микробиологии и биохимии, 1991; Казеев и др., 2003).

Определение каталазы проводили по методу Джонсона и Темпле (1964) титрованием 0,1 н раствором KMnO₄, активность выражали в мл 0,1н KMnO₄ / г сух.почвы за 20 минут. Активность протеазы определяли по методу Гоффманна и Тейхера (1957) при длине волны 650 нм и выражали в мг аминного азота / 10 г почвы за 20 часов (Хазиев, 2005). Определение активности уреазы осуществляли по методике Щербаковой (1983) колориметрированием при длине волны 400 нм и выражали в мг аммонийного азота / 10 г сух.почвы за 4 часа. Активность липазы устанавливали по методу К.А. Козлова, Ю.А. Марковой, Э.Н. Михайловой (1968).

Анализируя данные полученные по активности каталазы установлили, что без обработки почвогрунта препаратом «Тамир» уровень активности изменялся в пределах от 0,44 до 0,51 мл 0,1 н раствора KMnO₄, тогда как после внесения детоксиканта от 0,38 до 0,49 мл 0,1 н раствора KMnO₄ (рис.1).

Рис. 1. Активность каталазы почвогрунта загрязненного нефтью

Следует отметить, что при загрязнении почвогрунта нефтью в концентрации 2,5 % активность фермента уравновешивается в опытных вариантах с обработкой и без обработки и составляет 0,48 мл 0,1 н раствора KMnO₄.

В целом при увеличении уровня загрязнения пропорционально увеличивается активность каталазы, тогда как при добавлении детоксиканта происходит стабильное снижение ее активности

Внесение в почвогрунт нефти в концентрации 1 и 2,5 % приводит к увеличению активности протеолитического фермента протеазы до 1,17 мг аминного азота на 10 г почвы, тогда как высокие концентрации 5 и 10% снижают активность до 0,83-0,86 мг аминного азота на 10 г почвы (рис. 2).

Рис.2. Активность протеазы почвогрунта загрязненного нефтью

Обработка почвогрунта препаратом «Тамир» и нефтяное загрязнение изменяет уровень активности протеазы до 0,77-0,84 мг аминного азота на 10 г почвы. При этом самое резкое снижение активности протеазы происходит при внесении детоксиканта и загрязнении почвогрунта в концентрации 2,5 % с 1,17 до 0,78 мг аминного азота на 10 г почвы, при дальнейшем увеличении загрязнения до 10% уровень стабилизируется до 0,83 мг аминного азота на 10 г почвы (рис. 2).

Из карбогидраз, участвующих в круговороте углерода и расщепляющих углеводы различной природы и происхождения нами была изучена инвертаза. Изменение активности инвертазы имеет однозначную тенденцию увеличения ее активности после обработки почвогрунта препаратом «Тамир» в среднем в 5-7 раз, что связано дополнительным поступлением органического углерода с нефтью, являющейся дополнительным источником питания для микрофлоры, содержащейся в препарате.

При этом нефтяное загрязнение стабильно снижает действие инвертазы, особенно, при концентрации нефти 1 и 10 % до 1,13 и 1,07 мг глюкозы на 1 г почвы за 24 часа соответственно.

Средний уровень активности инвертазы при внесении детоксиканта изменялся в пределах от 1,96 до 7,03 мг глюкозы на 1 г почвы за 24 часа.

В целом следует отметить, что активность инвертазы является чувствительной к нефтяному загрязнению и может использоваться в биодиагностике состояния нефтезагрязненных почв.

Исследования показали, что после загрязнения почвогрунта нефтью в концентрации 10 % активность липазы возрастает до 0,36 мл 0,1 н раствора KOH (рис. 3), тогда как концентрации нефти 1,2,5 и 5 % удерживают активность липазы на одном уровне - 0,20 мл 0,1 н раствора KOH.

Повышение интенсивности процессов липолиза связано и с тем, что в деградации липидов участвуют ферментные системы очень похожие на системы биодеградации нефти (Margesin et al., 1999)

Рис. 3. Активность липазы почвогрунта загрязненного нефтью

После внесения детоксиканта активность липазы достоверно снижается при загрязнении нефтью в концентрациях 0,5, 5 и 10 % и составляет 0,15; 0,10 и 0,26 мл 0,1 н раствора KOH соответственно (рис. 4).

Однако концентрации нефти 1 и 2,5 % увеличивают активность липазы до 0,25-0,26 мл 0,1 н раствора KOH соответственно, что может быть связано со стабилизацией уровня при частичном разложении нефти.

Обработка загрязненного почвогрунта препаратом «Тамир» привела к достоверному снижению активности уреазы до 0,17-0,19 мг аммонийного азота на 5 г почвы.

Таким образом, комплекс микроорганизмов, содержащихся в препарате, стимулировал процесс разложения нефти, компенсируя активность уреазы и способствуя нормализации экологической обстановки.

Данные, представленные в таблице 1, свидетельствуют о средней активности всех изученных ферментов в контрольных вариантах почвы без внесения нефти и детоксиканта.

Таблица 1. - Ферментативная активность образцов почвогрунта не обработанного нефтью и препаратом «Тамир»

Таким образом обработка почвогрунта нефтью достоверно снижает активность уреазы по сравнению с контролем

В целом, при загрязнении почвогрунта нефтью в концентрации 2,5 % активность каталазы уравновешивается в опытных вариантах с обработкой и без обработки и составляет 0,48 мл 0,1 н раствора KMnO₄, что свидетельствует о предельном уровне концентрации нефти загрязняющей исследуемый почвогрунт, который еще сохраняет стабильность микробной системы.

Это подтверждают и данные по активности протеазы характеризующие снижение ее активности в той же концентрации нефти с 1,17 до 0,78 мг аминного азота на 10 г почвы.

В свою очередь изменение активности инвертазы имеет однозначную тенденцию увеличения после обработки почвогрунта препаратом «Тамир» в среднем в 5-7 раз, что связано дополнительным поступлением органического углерода с нефтью при интенсивном ее разрушении, являющейся дополнительным источником питания для микрофлоры, содержащейся в препарате.

Литература

1. Анзурьян, Д.К. Изменение эколого-биологических свойств почв Юга России при загрязнении нефтью / Д.К. Анзурьян. - Ростов-на-Дону, 2009. - 22 с.

2. Вальков, В.Ф. Экологическое почвоведение / В.Ф. Вальков. - Краснодар: КГАУ, 2004. 168 с.

3. Новоселова, Е.И. Экологические аспекты трансформации ферментного пула почвы при нефтяном загрязнении и рекультивации / Е.И. Новоселова. - Воронеж, 2008. - 41 с.

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

5. Хазиев, Ф.Х. Влияние нефтяного загрязнение на некоторые компоненты агроэкосистемы / Ф.Х. Хазиев, Е.И. Тишкина, Н.А.Киреева, Г.Г. Кузяхметов // Агрохимия. 1998. - № 2. - С. 56-61.

6. Хазиев, Ф.Х. Изменение биохимических процессов в почвах при нефтяном загрязнении и активация разложения нефти / Ф.Х. Хазиев, Ф.Ф. Фахтиев // Агрохимия. 1981. - № 10. - С. 102-111.

7. Хазиев, Ф.Х. Методы почвенной энзимологии /Ф.Х. Хазиев. - М.: Наука, 2005. - 250 с.

Размещено на Allbest.ru