WWW.ДЕНЬСИЛЫ.РФ

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА - Медицина

 

Pages:   || 2 | 3 | 4 |

Изменение эколого-биологических свойств почв юга россии при загрязнении нефтью

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи



Азнаурьян Диана Карповна

Изменение эколого-биологических свойств почв

Юга России при загрязнении нефтью




03.00.16 – экология

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата биологических наук

Ростов-на-Дону - 2009

Работа выполнена на кафедре экологии и природопользования

ФГОУ ВПО «Южный федеральный университет»

Научный руководитель: доктор сельскохозяйственных наук, профессор

Колесников Сергей Ильич

Официальные оппоненты: доктор биологических наук

Зубкова Татьяна Александровна

доктор биологических наук, доцент

Минкина Татьяна Михайловна

Ведущая организация: ФГОУ ВПО «Новочеркасская государственная

мелиоративная академия»

Защита диссертации состоится 26 июня 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) и на сайте Южного федерального университета: http://www.sfedu.ru

Автореферат разослан 25 мая 2009 г.

Ученый секретарь диссертационного совета,

кандидат биологических наук Т.В. Денисова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность исследования. Почвы юга России играют огромную роль в обеспечении экологической и продовольственной безопасности всей страны. Здесь расположены самые плодородные почвы Мира. При этом они подвергаются жесточайшей сельскохозяйственной эксплуатации и антропогенному прессингу. Экологический и экономический ущербы от загрязнения почв и сельскохозяйственной продукции огромны. Однако до сих пор многие фундаментальные научные вопросы, касающиеся экологических последствий химического загрязнения почв, изучены недостаточно.

Одним из приоритетных загрязнителей почвы является нефть. Многочисленными исследованиями установлено, что загрязнение нефтью и нефтепродуктами оказывает существенное влияние на физические, химические и биологические свойства почвы. Биологические свойства почвы реагируют на нефтяное загрязнение первыми: изменяется общая численность микроорганизмов, их качественный состав, структура микробоценозов, интенсивность микробиологических процессов и активность почвенных ферментов, продуктивность почв и т.д., нарушаются экологические и сельскохозяйственные функции почв. Последствия зависят от параметров загрязнения: состава и свойств нефти и нефтепродуктов, концентрации в почве, продолжительности загрязнения, а также от эколого-географического положения почвы, определяющего скорость трансформации нефти в почве, и эколого-генетических свойств почвы, определяющих ее устойчивость к химическому загрязнению (Исмаилов, 1988; Хазиев и др., 1988; Звягинцев и др., 1989; Киреева и др., 1998; Трофимов и др., 2000; Пиковский и др., 2003; Колесников и др., 2007; и др.).

Цель и задачи исследования. Цель работы — исследовать изменение эколого-биологических свойств почв Юга России при загрязнении нефтью.

В соответствии с целью были поставлены следующие задачи:

1.Установить закономерности воздействия загрязнения нефтью на численность и активность микроорганизмов, ферментативную активность, фитотоксичность почв.

2.Провести сравнительную оценку устойчивости основных почв Юга России (черноземов обыкновенных, выщелоченных и южных, бурых лесных почв, дерново-карбонатных почв и серопесков) к загрязнению нефтью.

3.Определить возможность и целесообразность использования различных биологических показателей в целях мониторинга, диагностики и индикации загрязнения почв и экосистем в целом нефтью.

4.Определить количественные ориентиры для разработки региональных нормативов содержания нефти в почвах Юга России.

5.Оценить возможность использования фосфогипса и мочевины в качестве мелиорантов нефтезагрязненных почв.

Основные положения, выносимые на защиту.

1.Загрязнение почв Юга России нефтью, как правило, ведет к снижению численности аммонифицирующих бактерий, микроскопических грибов и бактерий рода Azotobacter, каталазной, инвертазной и целлюлозолитической активности, ухудшению показателей прорастания и начального роста растений. Степень ухудшения зависит от содержания в почве нефти и генетических свойств почвы, определяющих ее устойчивость к загрязнению.

2.По степени устойчивости биологических свойств к загрязнению нефтью почвы Юга России располагаются следующим образом: черноземы обыкновенные >= дерново-карбонатные почвы = черноземы южные >= черноземы выщелоченные > бурые лесные почвы >= серопески.

3.При мониторинге, диагностики и нормировании загрязнения почвы нефтью целесообразно совместное использование комплекса биохимических и микробиологических показателей.

4.Экологически безопасной концентрацией нефти в черноземах обыкновенных, выщелоченных и южных можно считать 1,2 %, в дерново-карбонатных почвах — 1,1 %, в серопесках — 1,0 %, в бурых лесных почвах — 0,6%.



5.В качестве мелиорантов нефтяного загрязнения почв целесообразно использовать фосфогипс и мочевину, особенно совместно.

Научная новизна работы. Впервые для широкого спектра почв Юга России установлены закономерности изменения основных эколого-биологических свойств, таких как численность микроорганизмов, ферментативная активность, фитотоксичность под влиянием нефтяного загрязнения. Дана сравнительная оценка устойчивости основных почв Юга России — черноземов обыкновенных, выщелоченных и южных, бурых лесных почв, дерново-карбонатных почв и серопесков — к загрязнению нефтью. Установлена возможность и целесообразность использования различных биологических показателей в целях мониторинга и диагностики загрязнения нефтью почв и экосистем в целом. Предложены количественные ориентиры для разработки региональных нормативов содержания нефти в почвах Юга России. Предложено использовать фосфогипс и мочевину для мелиорации нефтезагрязненных почв.

Практическая значимость. Результаты исследования могут быть использованы при оценке воздействия на окружающую среду (ОВОС), мониторинге и диагностике состояния нефтезагрязненных почв, оценке риска природных и антропогенных катастроф, проведении экологической экспертизы, разработке региональных нормативов содержания нефти в почвах, мелиорации нефтезагрязненых почв и в других природоохранных и производственных мероприятиях. Кроме того, материалы исследования используются в учебном процессе при преподавании экологии, почвоведения, природопользования и охраны окружающей среды, экологической экспертизы, мониторинга и биоиндикации, нормирования качества окружающей среды в Южном федеральном университете.

Апробация работы. Материалы диссертации были представлены на Международной конференции студентов и аспирантов по фундаментальным наукам «Ломоносов-2005» (Москва, 2005); Международных научных конференциях «Экология и биология почв» (Ростов-на-Дону, 2006, 2007); Научной конференции аспирантов и молодых ученых РГУ (Ростов-на-Дону, 2005); Научно-практической конференции «Актуальные проблемы экологии в сельскохозяйственном производстве» (Персиановский, 2005, 2006); Межрегиональной научно-практической конференции «Экологические и социально-экономические аспекты развития предгорной зоны Северного Кавказа» (Белореченск, 2005, 2007, 2008); Международной научно-практической конференции «Экологические проблемы. Взгляд в будущее» (Ростов-на-Дону—Абрау-Дюрсо, 2006, 2007); Всероссийской научной конференции «Черноземы России: экологическое состояние и современные почвенные процессы» (Воронеж, 2006); Международной научной конференции «Проблемы устойчивого функционирования водных и наземных экосистем» (Ростов-на-Дону, 2006); The World Congress of Soil Science (Philadelfia, USA, 2006); Международной научно-практической конференции «Экология биосистем: проблемы изучения, индикации и прогнозирования» (Астрахань, 2007); Международной научно-практической конференции «Ноосферные изменения в почвенном покрове» (Владивосток, 2007); III Международной научно-практической конференции «Эволюция и деградация почвенного покрова» (Ставрополь, 2007); V Всероссийском съезде Общества почвоведов им. В.В. Докучаева (Ростов-на-Дону, 2008).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 27 научных работ, объемом 16 п.л., из них 3 статьи в изданиях, рекомендованных ВАК, 1 монография (в соавторстве). Доля участия автора в публикациях составляет 25% (4 п.л.).

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа изложена на 151 странице печатного текста. Состоит из введения, семи глав, выводов, списка литературы. Содержит 29 таблиц и 19 рисунков. Список литературы включает 225 источников, из них 21 на иностранных языках.

Исследование выполнено при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (гранты № 07-04-00690-а, № 07-04-10132-к, № 08-04-10080-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 нефтью и нефтепродуктами

В главе дана характеристика химическим и экотоксикологическим свойствам нефти и нефтепродуктов, источникам загрязнения ими окружающей среды, поведению и трансформации их в почве, показано влияние загрязнения на морфологические, физические, физико-химические, химические, биологические и биохимические свойства почвы, микроорганизмы, растения, животных и человека, описаны факторы, определяющие экологические последствия загрязнения почв нефтью и нефтепродуктами, освещены проблемы мониторинга, нормирования и рекультивации нефтезагрязненных земель.

ГЛАВА 2. Объекты исследования

В качестве объектов исследования были использованы черноземы обыкновенные, черноземы выщелоченные, черноземы южные, бурые лесные почвы, дерново-карбонатные почвы и песчаные почвы черноземной зоны — серопески. Эти почвы занимают основную территорию Юга России и существенно различаются между собой по генезису и свойствам: содержанию гумуса, реакции среды (рН), содержанию карбонатов, гранулометрическому составу, поглотительной способности, биологической активности и другим свойствам, определяющим устойчивость почвы к химическому загрязнению (Вальков и др., 2008). Исследование черноземов проведено более детально (на подтиповом уровне) в связи с тем, что они составляют подавляющую часть почвенного покрова Юга России и имеют особое значение в продовольственном обеспечении страны. Бурые лесные почвы отличает кислая реакция среды и низкая биологическая активность. Дерново-карбонатные почвы и серопески принадлежат к интразональным почвам: для первых характерно высокое содержание карбонатов и слабощелочная реакция среды, вторым присущ легкий гранулометрический состав и низкая поглотительная способность. В главе охарактеризованы эколого-генетические и эколого-биологические свойства и особенности исследованных почв.





ГЛАВА 3. МЕТОДИКА И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

Для решения поставленных задач был заложен ряд модельных опытов. Почва для модельных экспериментов была отобрана из верхних горизонтов (0-25 см).

Изучали действие разных концентраций нефти — 1, 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 и более часто встречается в районах нефтедобычи, транспортировки и переработки нефти (Пиковский, 1993; Трофимов и др., 2000).

Исследовали равномерное загрязнение нефтью всего объема почв. Для этого после внесения загрязняющего вещества почву в сосуде перемешивали. Затем почву компостировали при комнатной температуре (20-22°С) и оптимальном увлажнении (60% от полевой влагоемкости) в трехкратной повторности в течение 30 суток. При оценке химического воздействия на почву этот срок является наиболее информативным (Колесников и др., 2000).

Через указанный срок всю массу почвы извлекали из вегетационного сосуда и перемешивали, тем самым получали «средний образец», из которого отбирали пробы на определение биологических показателей.

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

Численность аммонифицирующих бактерий и микроскопических грибов учитывали методом посева почвенной суспензии на плотные питательные среды. Использовали свежие образцы почв. Численность бактерий учитывали на МПА, численность грибов — на кислой среде Чапека. Azotobacter учитывали методом комочков обрастания на среде Эшби. Активность каталазы измеряли по методу Галстяна, инвертазы — по методу Галстяна в модификации Хазиева. Целлюлозолитическую способность определяли по степени разложения хлопчатобумажного полотна, экспонированного в почве в течение 30 дней.

С целью выявления общих закономерностей воздействия того или иного негативного фактора, в частности загрязняющего вещества, на экологическое состояние почв рекомендуется использовать интегральный показатель биологического состояния почвы (ИПБС), который определяется на основе наиболее информативных показателей биологической активности почвы (Колесников и др., 2000). В настоящем исследовании интегральный показатель был рассчитан по следующим показателям: численность аммонифицирующих бактерий, микроскопических грибов, бактерий рода Azotobacter, активность каталазы и инвертазы, целлюлозолитическая активность. Численность аммонифицирующих бактерий и микроскопических грибов характеризует состояние редуцентов в экосистеме. Бактерии рода Azotobacter традиционно используют как индикатор химического загрязнения почвы. Каталазная, инвертазная и целлюлозолитическая активность отражают интенсивность биологических процессов в почве. Каталаза характеризует протекание окислительно-восстановительных процессов, инвертаза — гидролитических. При этом активность ферментов каталазы и инвертазы служит показателем потенциальной биологической активности почвы, а скорость разложения полотна характеризует актуальную активность. Таким образом, представленный набор показателей дает объективную и информативную картину о протекающих в почве биологических процессах и ее экологическом состоянии.

Для расчета ИПБС значение каждого из шести указанных выше показателей на контроле (в незагрязненной почве) принимали за 100% и по отношению к нему выражали в процентах значения в остальных вариантах опыта (в загрязненной почве). Затем определяли среднее значение шести выбранных показателей для каждого варианта опыта. Полученное значение (ИПБС) выражено в процентах по отношению к контролю (к 100%). Использованная методика позволяет интегрировать (суммировать) относительные значения разных показателей, абсолютные значения которых не могут быть суммированы, так как имеют разные единицы измерения.

Для оценки взаимосвязи и взаимообусловленности происходящих в почве процессов применили дисперсионный, корреляционный и регрессионный анализы. Дисперсионный анализ использовали для оценки достоверности влияния загрязнения на исследуемые показатели. В целях удобства интерпретации результатов дисперсионного анализа по его данным вычисляли наименьшую существенную разность (НСР). Корреляционный анализ применяли для изучения тесноты и формы связи между концентрацией в почве загрязняющего вещества и исследуемыми показателями. Регрессионный анализ использовали для получения уравнений регрессии, отражающих зависимость снижения значений ИПБС от содержания в почве загрязняющего вещества. Для проведения математической обработки результатов исследования использовали компьютерную программу Statistica 6.0.

ГЛАВА 4. Влияние загрязнения нефтью на эколого-биологические свойства основных почв Юга России



Pages:   || 2 | 3 | 4 |
 


Похожие работы:







 
2013 www.деньсилы.рф - «МЕДИЦИНА-ЛЕЧЕНИЕ-ОЗДОРОВЛЕНИЕ»

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.