БИОХИМИЧЕСКИЙ ПОТЕНЦИАЛ ЛЕСНЫХ ПОЧВ, ЗАГРЯЗНЁННЫХ КЕРОСИНОМ (ПОЛЕВОЙ ЭКСПЕРИМЕНТ В ЮГО-ЗАПАДНОЙ ЧАСТИ СМОЛЕНСКО-МОСКОВСКОЙ ВОЗВЫШЕННОСТИ)
Актуальность. Углеводородное загрязнение лесных экосистем является одной из актуальных экологических проблем в районах добычи нефти и газа. Наибольшее число существующих исследований рассматривает влияние добываемого углеводородного сырья на почву и биоту. Однако, воздействие продуктов его переработки (моторные, топлива, масла и т.д.) охватывает значительные территории, находящиеся за пределами месторождений. Анализ литературы показал, что воздействие фракций углеводородов, входящих в состав различных топлив изучено недостаточно. Ряд исследований отмечает, что процесс деградации керосина и дизельного топлива в почве в определенных ландшафтных условиях протекает медленнее, чем биодеградация непереработанной нефти в районах ее добычи.
Цель исследований – оценка влияния авиационного керосина на функционирование микробиоценоза лесных почв в условиях полевого эксперимента. Объекты и методы. Эксперимент выполнен в зоне хвойно-широколиственных лесов (Боровский район, Калужской области) на двух типах почв: дерново-подзолистая почва под осиново-еловым разнотравным лесом и почвы верховых болот под сосняком кустарничково-пушицево-сфагновым .
Полевые работы выполнены в 2020-2021 годах. Загрязнение проводили авиационным керосином ТС-1 (ГОСТ 10227-86) на площадках 50 на 50 см. Варианты задаваемых нагрузок углеводородного топлива для слоя 0-10 см составляли 1, 5, 10, 25 и 100 г/кг. Оценку биологической активности почв проводили ежемесячно в период положительных температур. Изучение динамики функционирования микробоценоза проведено с использованием двух показателей, отражающих биохимический потенциал корнеобитаемого слоя почв: биохимического окисления легкогидролизуемых органических веществ (БО ЛГОВ) и биологического потребления кислорода (БПК).
Биохимическое окисление легкогидролизуемого органического вещества (БО ЛГОВ) определяли аппликационным методом. Модельные тест-объекты, фрагменты льняного полотна (10 на 20 см) известной массы (4-6 г.), ежемесячно закладывались в корнеобтаемый слой почвы. Через месяц инкубации льняное полотно извлекали из почвы и определяли потерю его массы. Интенсивность биохимического окисления легкогидролизуемых органических веществ оценивали по доле окисленного органического вещества за сутки (мг/г ЛГОВ в сутки).
Биологическое потребление кислорода (БПК) отражает потенциальную биохимическую активность почв. Измерение БПК проводили в лаборатории в образцах почвы, отобранных из корнеобитаемого слоя каждой площадки раз в месяц, в момент проведения наблюдений за показателем ЦА. Определение БПК осуществляли по авторской методике, основанной на измерении интенсивности снижения содержания растворенного кислорода в почвенной суспензии при ее инкубации в течении 5 суток.
БПК незагрязненной дерново-подзолистой почвы в течение эксперимента изменялось от 0,21 до 0,47 мгО2/100 г почвы. Максимальные значения БПК отмечены весной, а минимальные осенью.
Внесение небольших доз керосина (1 г/кг) вызвало в течении летних месяцев незначительный ингибирующий эффект в 1,8-2,9 раза. Однако осенью и весной следующего года изменение биохимической активности почв достоверно не отличалось от фоновых значений и составило 0,26-0,41 мгО2/100 г почвы.
Внесение 5 г/кг керосина и более вызывает увеличение интенсивности биохимической активности почв в первые четыре месяца (с июля по октябрь 2020 г).
Рост БПК по сравнению с контролем в среднем составляет 2-3 раза, но для варианта в 100 г/кг достигает 3,4-4,5 раз. Такое увеличение БПК обусловлено привносом легкогидролизуемых органических веществ в составе керосиновой фракции.
После зимы, в весенне-летний период 2021 года, значения БПК снижаются до фоновых значений и достоверно не отличаются от контроля. Это может быть обусловлено восстановлением исходного состояния почвенного биоценоза, а также снижением доступного для биохимического окисления органического вещества в результате его выноса с талыми водами за пределы корнеобитаемого слоя.
За весь период наблюдения БПК незагрязненной болотной почвы изменялся в диапазоне от 0,55 до 0,94 мгО2/100 г. почвы. Однако, в отличии от дерново-подзолистой почвы, наибольшая биохимическая активность установлена в осенние сроки наблюдения. Для поверхностного горизонта незагрязненной болотной почвы по всем срокам наблюдения БПК был в 1,6-4,5 раза выше, чем в дерново-подзолистой почве.
Воздействие минимальной нагрузки керосина (1 г/кг), не привело к значительным изменениям биохимической активности поверхностного горизонта почв по сравнению с контролем. БПК изменялся от 0,40 до 1,06 мгО2/100 г. почвы. Воздействие средних и высоких нагрузок керосина (5 г/кг и более) приводит к росту интенсивности использования кислорода на его окисление на первом сроке наблюдений в 1,5-2 раза. В дальнейшем, более высокие уровни БПК в загрязненных почвах по сравнению с фоном остаются на протяжении последующих четырех месяцев. Достоверной зависимости величины БПК от количества вносимого керосина не выявлено. Однако весной, после осенне-зимних промывок, уровень БПК снижается до фоновых значений, что позволяет говорить о восстановлении биохимического состояния болотных почв.
Биохимическое окисление легкогидролизуемых органических веществ в корнеобитаемом слое незагрязненной дерново-подзолистой почвы изменяется от 6,1 до 33,04 мгЛГОВ/сутки. Наиболее интенсивно разложение льняного полотна происходит в летний период; осенью и зимой БО ЛГОВ минимально. Ведущим фактором, определяющим сезонную динамику этого показателя, являются гидротермические условия.
Внесение керосина вызвало значимое снижение БО ЛГОВ в вариантах с высокой нагрузкой (25 и 100 г/кг). На протяжении четырех месяцев и его значение не превышает 5 мгЛГОВ/сутки. Весной в апреле-мае 2021 года интенсивность разложения льняного полотна на площадках с керосином достоверно не отличалось от контрольных вариантов, за исключением площадки с внесением 100г/кг. Для данного варианта БО ЛГОВ оказалась в 2 раза ниже, чем на фоне. Однако, в мае-июне достоверных различий по интенсивности разложения целлюлозы между вариантами не установлено.
В целом сезонная динамика БО ЛГОВ выявленная на фоновых площадках сохраняется и в вариантах с внесением углеводородных компонентов.
БО ЛГОВ в незагрязненных болотных почвах существенно ниже, чем в дерново-подзолистых и варьирует в диапазоне 1,7-2,1 мгЛГОВ/сутки.
Внесение высоких доз загрязнителя (10 г/кг и более) привело к двухкратному уменьшению значений показателя разложения целлюлозы до 0,79-0,92 мгЛГОВ/с утки. Восстановления БО ЛГОВ до уровня незагрязненной почвы за весь период эксперимента (год) не произошло. Это может быть обусловлено высокой обводненностью болотных почв, что приводит к затрудненному газообмену и, как следствие, снижению целлюлозолитической активности. Таким образом, в болотных почвах требуется больше времени для восстановления всех функций почвенного биоценоза.
Исследование выполнено в рамках проекта РФФИ № 19-29-05206 мк «Факторы и механизмы формирования адаптационной емкости почвенных экосистем гумидных и аридных ландшафтов к загрязнению керосиновыми топливами»
