Микробиологическая и ферментативная оценка нефтезагрязненных участков биоценозов Нижневартовского района

Зубайдулин А.А. , Фахрутдинов А.И.

Состояние микрофлоры загрязненных биоценозов и протекание процессов ее жизнедеятельности являются важными показателями выбора направления способов восстановления с учетом биологических особенностей территорий.

В летний период 2001 года на территории Нижневартовского района проводились исследования по определению влияния нефтяного загрязнения на состояние различных биоценозов. Целью ставилось оценить процесс самоочищения ряда биоценозов и эффективность применения технологий биорекультивации нарушенных территорий Ватин-ского и Самотлорского месторождений путем определения микробиологической и ферментативной активности почв.

Две трети обследованных участков размещалась на верховых олиготрофных болотах, а треть - на облесенных суходолах. Все они в свое время подверглись интенсивному нефтезагрязнению, не ниже средней степени (20-40 весовых % нефти в 20 сантиметровом слое почвы), а в основном сильной степени (более 40 %). По срокам загрязнения отобранные участки делились на свежие разливы (до 5 лет), давние (от 5 до 10 лет), старые (от 10 до 15 лет), очень старые (от 15 до 20 лет) и старейшие (более 20 лет). Большинство участков ранее не подвергались каким-либо рекультивационным мероприятиям и сохранялись до момента обследований в естественном, нетронутом состоянии. Часть обследованных участков была рекультивирована.

На всех обследованных участках закладывались пробные площадки, в том числе контрольные на незагрязненных территориях, на которых проводилось изучение растительного покрова и почвенных беспозвоночных, а также определение микробиологической и ферментативной активности почв.

Загрязненные участки болотных биоценозов характеризуются незначительным изменением общего количества микроорганизмов по отношению к контрольным участкам. Отмечено изменение численности отдельных групп микроорганизмов, увеличивается количество гетеротрофных бактерий, способных активно развиваться на углеводородах нефти. Бактериальная микрофлора представлена в основном родами Pseudomonas и Acinetobacter, среди почвенных микроскопических грибов главенствуют рода Aspergillus и Fusarium. На более старых загрязнениях (20 лет и более) выравнивается активность грибной микрофлоры, приближаясь к контрольным значениям, при этом, к выше названным группам присоединяют представители рода Мисог. Ферментативная активность характеризуется резким угнетением, в особенности на участках со сроком загрязнения 4-5 лет, с последующим возрастанием, превышая значение с контрольных участков. Наиболее четко это прослеживается на примере каталазы и инвертазы, демонстрирующих возрастание процессов окисления остаточных нефтеуглеводородов.

Суходольные участки биоценозов в большинстве характеризуются песчаным гранулометрическим составом, что накладывает особый отпечаток на течение реакции населения почвы на нефтезагрязнение. Общая численность микроорганизмов на участках с загрязнением 10-20-летней давности гораздо выше, чем на контрольных участках. Видовой состав широкий, до 7-12 активных углеводородоокисляющих представителей микроорганизмов Pseudomonas sp.u Rhodococcus sp., около 105 клеток на гр. почвы. При этом резко активизируется не только бактериальная микрофлора, способная включать в энергетические процессы любые углеводороды нефти, но и грибы, и актиномицеты. Рода Aspergillus. Fusarium, Mucor находятся в соотношении 7:3:1. Это обуславливается более активным процессом выноса продуктов метаболизма, что в меньшей степени изменяет кислотность среды. Ферментативная активность более высокая на участках 3-5-летним загрязнением. Более старые участки характеризуются уменьшением каталазной активности, что указывает на меньшую скорость окислительных процессов в почве. Это вызвано, очевидно, сложностью разложения парафинов и циклических форм нефтепродуктов, преобладающих на участках со старым (20-25 лет) загрязнением.

На всех рекультивируемых участках нарушенных территорий прослеживается увеличение общего количества микрофлоры по отношению к нерекультивированным, однако, концентрация бактерий отмечается лишь верхних участках профиля загрязнения. Численность почвенных грибов гораздо ниже контрольных значений, что является следствием изменения кислотности среды обитания, и приближающейся к слабокислой (рН 6,0-6,5), смещенной при внесении раскислителей. Биохимическая активность рекультивированных участков не позволяет отметить ускорения процесса разложения нефти, так как она ниже по отношению, как к контрольным, так и невостанавливаемым участкам. Это вызвано выносом, при помощи культиватора и фрезы, нижних слоев почвы, которые сформированы в анаэробных условиях и содержат специфическую микрофлору и насыщены токсинами.

Основной причиной низких результатов рекультивации является недостаточная аэрация нефтяной корки, благодаря высокому уровню грунтовой воды и недостаточной разрыхленностью горизонта загрязнения.

Видовой и численной состав ризосферной микрофлоры резко изменяется в сторону уменьшения количества бактерий, использующих различные формы азота. При этом общая численность микроорганизмов, по отношению к контролю, изменяется незначительно. Не отмечены изменения микрофлоры ризосферы и у аборигенных растений, использованных для фиторекультавации. Ферментативная активность увеличивается, очевидно, благодаря увеличению аэрации прикорневой зоны растений и привнесением в зону посадки благоприятных для развития корневой системы микроорганизмов.

Таким образом, загрязнения нефтью изменяет численность отдельных групп микроорганизмов за счет угнетения одних и стимулирования других, что отражается на равновесии в почвенном биоценозе. Ферментативная активность почвы повышается параллельно с возрастом загрязнения, благодаря уменьшению токсичности остаточной нефти по мере снижения ее концентрации за счет выноса из почвы и разложения.

Однако процесс естественного восстановления биоценозов, в часности исходных фитоценозов, на загрязненных нефтью землях очень длителен. Это вызывает необходимость разработки более эффективных приемов рекультивации, в том числе фиторекультивации, и их применения на каждом участки не разово, а в течение нескольких лет, до снижения концентрации остаточных нефтеуглеводородов и продуктов их разложения до фоновых значений.

Главным направлением восстановительных работ является повышение биогенности почв и грунтов на загрязненных территориях с обязательной стимуляцией деятельности нефтеразлагающей микрофлоры. Важным аспектом в рекультивации нефтезагрязненных земель Среднего Приобья является обязательное проведение на предварительном этапе работ контролируемого дренирования нарушенных участков болот и использование на этапе фиторекультивации аборигенных видов растительности.