Микробиология нефтезагрязненных территорий

ТЮМЕНСКАЯ ОБЛАСТЬ Ханты-Мансийский автономный округ - ЮГРА Департамент образования и науки СУРГУТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ХАНТЫ-МАНСИЙСКОГО АВТОНОМНОГО ОКРУГА РЕФЕРАТ по биологии почв Тема Микробиология нефтезагрязненных территорий г.Сургут, 2006СОДЕРЖАНИЕ Общие сведения о добыче полезных ископаемых 3 Нефть и ее состав.Основные факторы загрязнения 4 Общая характеристика почвы . 7 Естественная трансформация нефти в почве 9 Нефтяное загрязнение 15 Восстановление загрязненных почв 17 Драчук Сергея Владимировича на тему Фотогетеротрофные пурпурные бактерии в почвах, загрязненных углеводородами под научным руководством к.б.н проф. Фирсова Н.Н 20 Избранные материалы из статьи на тему Характеристика некоторых представителей углеводородокисляющей микрофлоры Усинского нефтяного месторождения автора к.б.н. М. Маркаровой . 31 Избранные материалы из публикации Мукашевой Т.Д. и Шигаевой М.Х. на тему Микроорганизмы в почвах Казахстана с разной степенью загрязнения нефтью . 35 Заключение 37 Список используемой литературы . 38 ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ДОБЫЧЕ ПОЛЕЗНАЫХ ИСКОПАЕМЫХ. Добыча полезных ископаемых, их переработка и транспортировка тяжело сказываются на состоянии и плодородии почвенного покрова Земли. Общеизвестно, что хорошие почвы - это обильное плодородие. Но почвы на нашей планете играют и другую, менее известную, но не менее важную роль. В почвенном покрове Земли и ее гумусовой оболочке сосредоточена основная доля живого вещества суши и его биогенной энергии.

Отсюда экологическая система почва - организмы оказывается одним из главнейших механизмов формирования всей биосферы, ее стабильности и продуктивности в целом.

В. Ф. Барабанов 1992 . Мы привыкли наслаждаться мыслью о необозримости наших просторов. Действительно страна у нас огромная! Ее территория 2227, 6 млн. га. Но важнейшие сельскохозяйственные угодья - пашни, сенокосы, пастбища - на этих просторах занимают примерно лишь одну четверть, а три четверти приходиться на тундру, тайгу, пустыни.

Превратить их в плодородные земли дело немыслимое.

Не говоря уже о том, что человечество ежегодно теряет около 50 - 70 тыс. км2 земельных ресурсов Ю. И. Скурлатов, Г. Г. Дука 1994 . Куда же деваются наши почвы? Для примера, в 1986 году из недр нашей планеты было извлечено 250 млн. т железной руды, 615 млн. т нефти, 751 млн. т угля, миллионы тонн минеральных удобрений и руд цветных металлов.

Но при этом попутно в результате горных работ извлечены и сброшены в отвалы более 8 млрд. т различных горных пород. Если их рассыпать слоем в один метр, он покроет всю площадь, занимаемую ныне Аджарией. И это результат лишь одного года работы добывающей промышленности. В. Ф Барабанов. 1989 . Охватить весь комплекс проблем, связанных с загрязнением почвенных биоценозов, задача очень сложная и многообразная.

В почве, населенной мириадами организмов от бактерий до млекопитающих, включительно процессы обмена столь многообразны и сложны, что мы еще только подходим к их пониманию. В связи с этим, данный реферат представляет очень актуальную и насущную проблему загрязнения почв нефтью и нефтепродуктами. Не секрет, что энергетическая программа России на длительную перспективу предусматривает увеличение добычи черного золота, а это, в свою очередь, ведет к расширению сети трубопроводов, возрастает количество перевозок нефти и нефтепродуктов.

Таким образом, невозможно полностью исключить вероятность новых аварий, разливов нефти и нефтепродуктов. В то же время нормативы контроля природопользования становятся с каждым годом все жестче, соответственно возрастают размеры штрафов. Для полного понимания и раскрытия представленной проблемы были обработаны некоторые научно - исследовательские работы, которые могут помочь в решении столь сложной и многоплановой задачи, как загрязнение почв нефтью и нефтепродуктами.

Предлагаемый реферат рассматривает наиболее важные работы, ведущиеся в указанном направлении. Для того, чтобы рассматривать любую экологическую проблему, необходимо прежде всего знать участников этой проблемы. В нашем случае участниками этой проблемы являются нефть и почва. НЕФТЬ И ЕЁ СОСТАВ. ОСНОВНЫЕ ФАКТОРЫ ЗАГРЯЗНЕНИЯ. Нефть - это жидкий природный раствор, состоящий из большого числа углеводородов УВ разнообразного строения и высокомолекулярных смолисто-асфальтеновых веществ.

В нем растворено некоторое количество воды, солей, микроэлементов. Главные элементы С - 83-87 , Н - 12-14 , N, S, O - 1-2 , реже 3-6 за счет S. Десятые и сотые доли процента нефти составляют многочисленные микроэлементы. В качестве эколого-геохимических характеристик основного состава нефти приняты Ю.И. Пиковский, 1988 содержание легкой фракции начало кипения 2000С , метановых УВ включая твердые парафины, циклических УВ, смол, асфальтенов и сернистых соединений.

Легкая фракция нефти. Включает низкомолекулярные метановые алканы, нафтеновые циклопарафиновые и ароматические УВ - наиболее подвижная часть нефти. Большую часть легкой фракции составляют метановые УВ алканы с С5-С11 - пентан, гексан. Метановые УВ, находясь в почвах, водной или воздушной средах, оказывают наркотическое и токсическое действие на живые организмы. Особенно быстро действуют нормальные алканы с короткой углеводородной цепью. Они лучше растворимы в воде, легко проникают в клетки организмов через мембраны, дезорганизуют цитоплазменные мембраны организма.

Большинством микроорганизмов нормальные алканы, содержащие в цепочке менее 9 атомов С, не ассимилируются, хотя и могут быть окислены. Вследствие летучести и более высокой растворимости низкомолекулярных алканов их действие обычно не бывает долговременным. В соленой воде нормальные алканы с короткими цепями растворяются лучше и, следовательно, более ядовиты. Многие исследователи В. П. Середина 1984, М. А. Глазовская 1980 отмечают сильное токсическое действие легкой фракции на микробные сообщества и почвенных животных.

Легкая фракция мигрирует по почвенному профилю и водоносным горизонтам, значительно расширяя ареал первичного загрязнения. С уменьшением содержания легкой фракции токсичность нефти снижается, но возрастает токсичность ароматических соединений, относительное содержание которых растет. Путем испарения из почвы удаляется от 20 до 40 легких фракций McGill, 1977 . Метановые УВ. В нефтях, богатых легкой фракцией, существенную роль играют более высокомолекулярные метановые УВ С12-С27 , состоящие из нормальных алканов и изоалканов в соотношении 3 1. Метановые УВ с температурой кипения выше 2000С практически нерастворимы в воде. Их токсичность выражена гораздо слабее, чем у УВ с более низкомолекулярной структурой.

Содержание твердых метановых УВ парафинов в нефти - важная характеристика при изучении нефтяных разливов на почвах. Парафины не токсичны для живых организмов и в условиях земной поверхности переходят в твердое состояние, лишая нефть подвижности.

Алканы ассимилируются многими микроорганизмами дрожжи, грибы, бактерии. Легкие нефтепродукты типа дизельного топлива при первоначальной концентрации в почве 0,5 за 1,5 месяца деградируют на 10-80 от исходного количества в зависимости от содержания летучих УВ. Более полная деградация происходит при рН 7,4 64,3-90 , в кислой среде рН 4,5 деградируют лишь до 18,8 Ю. И. Пиковский 1988 . Твердый парафин очень трудно разрушается, с трудом окисляется на воздухе.

Он надолго может запечатать все поры почвенного покрова, лишив почву возможности свободного влагообмена и дыхания. Это, в первую очередь, приводит к полной деградации биоценоза. Циклические УВ К ним в нефти относятся нафтеновые и ароматические УВ. Нафтеновые УВ составляют от 35 до 60 О токсичности нафтенов сведений почти не имеется. Вместе с тем имеются данные о нафтенах как о стимулирующих в-вах при действии на живой организм. лечебная нефть Нафталанского мест-я в Азербайджане. Биологически активным фактором этой нефти служат полициклические нафтеновые структуры.

Основные продукты окисления нафтеновых УВ- кислоты и оксикислоты. К ароматическим УВ аренам относятся как собственно ароматические структуры - 6-ти членные кольца из радикалов -СН так и гибридные структуры, состоящие из ароматических и нафтеновых колец. Содержание в нефти ароматических УВ от 5 до 15 , чаще всего от 20 до 40 . Основная масса ароматических структур составляют моноядерные УВ - гомологи бензола.

Полициклические ароматические УВ ПАУ с двумя и более ароматическими кольцами содержатся в нефти от 1 до 4 . Среди голоядерных ПАУ большое внимание обычно уделяется 3,4-бензпирену как наиболее распространенному представителю канцерогенных веществ. Ароматические УВ - наиболее токсичные компоненты нефти. В концентрации всего 1 в воде они убивают все водные растения. Нефть содержащая от 30 до 40 ароматических УВ значительно угнетает рост высших растений.

Моноядерные УВ - бензол и его гомологи оказывают более быстрое токсическое воздействие на организмы чем ПАУ так как ПАУ медленнее проникают через мембраны клеток. Однако, в целом, ПАУ действуют более длительное время, являясь хроническими токсикантами. Ароматические УВ трудно поддаются разрушению. Экспериментально показано, что главным фактором деградации ПАУ в окружающей среде, в особенности в воде и воздухе, является фотолиз, инициированный ультрафиолетовым излучением.

А.И. Шилина. В почве этот процесс может происходить только на ее поверхности. Смолы и асфальтены. Смолы и асфальтены - это высокомолекулярные неуглеводородные компоненты нефти. Смолы - вязкие мазеподобные в-ва, асфальтены - твердые, нерастворимые в низкомолекулярных УВ. По содержанию смол и асфальтенов нефти подразделяются на o малосмолистые от 1 - 2 до 10 смол и асфальтенов o смолистые 10 - 20 o высокосмолистые 23 - 40 Смолы и асфальтены содержат основную часть микроэлементов нефти, в том числе почти все металлы.

Среди нетоксичных и малотоксичных металлов можно выделить Si, Fe, Al, Mn, Ca, Mg, P. Другие микроэлементы V, Ni, Co, Pb, Cu, U, As, Hg, Mo, в случае повышенных концентраций могут оказывать токсическое воздействие на биоценоз. Вредное экологическое влияние смолисто - асфальтеновых компонентов на почвенные экосистемы заключается не в химической токсичности, а в значительном изменении водно - физических св - в почв. Если нефть просачивается сверху, ее смолисто - асфальтеновые компоненты сорбируются в основном в верхнем, гумусовом горизонте иногда прочно цементируя его. При этом уменьшается поровое пространство почв. Смолисто - асфальтеновые компоненты гидрофобны.

Обволакивая корни растений, они резко ухудшают поступление к ним влаги в результате чего растения погибают. Эти в-ва малодоступны микроорганизмам, процесс их метаболизма идет очень медленно, иногда десятки лет. В целом при окислительной деградации нефти в почвах, независимо от того, происходит механическое вымывание загрязняющих в - в или нет, идет накопление смолисто - асфальтеновых в - в. Разрушение и вынос компонентов УВ фракции происходят гораздо быстрее.

За те 400 млн. Лет, что жизнь на Земле вышла на сушу, с поверхностью нашей планеты произошли большие изменения каменистые и глинисто-песчаные пустыни покрылись тонкой оболочкой среды обитания наземных животных и растений. Определяющую роль в формировании этой живой оболочки Земли сыграли фотосинтезирующие растения.

Вследствие их деятельности поверхностный слой Земли обогатился органическими веществами, насытился множеством гетеротрофных микроорганизмов, сформировались почвенные экосистемы, дающие пищу для животных. Они же служат основными источниками пищи и для человека.

Общая характеристика почвы

Важное значение для осуществления почвенных процессов имеет структура ... При воздействии организмов на почву в процессе их жизнедеятельности ос... Ее биомассы на поверхности суши составляет 1011 - 1012 т. На втором месте по биомассе почвообразующих зеленых растений - травяни... Микроскопические грибы плесневые, актиномицеты в аэробных условиях мог...

Естественная трансформация нефти в почве

Характер техногенных воздействий на КЛГС определяется положением очаго... Как уже указывалось выше, почвенные жители это основа почвенного плодо... В то же время, в литературе можно найти сообщения о распространении ба... Основные задачи исследования 1. Создание искусственных ассоциаций нефтеокисляющих микроорганизмов и пу...

Избранные материалы из статьи на тему Характеристика некоторых представителей углеводородокисляющей микрофлоры Усинского нефтяного месторождения автора к.б.н. М. Маркаровой

М. На МПБ активность культур менее высокая, чем на КАА и среде Чапека. Данные, приведенные в настоящей статье являются начальными в цепочке и... Объектами исследования были нефтезагрязненные почвы различных месторож... Почвенные образцы для исследования брали на глубине 0-10 см и 10-20 см.

Заключение

Заключение. Длительное воздействие нефти на почву вызывает увеличение численности микроорганизмов, нарушения структуры микробных компонентов, которое проявляется в обеднении видового разнообразия и развитии специализированных эколого-трофических групп микроорганизмов, участвующих на разных этапах утилизации добавочной энергии.

Среди микроорганизмов цикла азота наиболее чувствительны к действию нефти нитрифицирующие бактерии, а численность и активность микроорганизмов, участвующих в процессе азотфиксации, аммонификации и денитрификации, наоборот, могут увеличиться. Во всех почвах в большом количестве содержатся микроорганизмы, способные окислять различные углеводороды.

Селективное действие нефти на почвенную микробиоту в первую очередь выражается в том, что в загрязненных почвах значительно увеличивается число микроорганизмов, использующих н-алканы и ароматические углеводороды, чем в почвах без нефти. Обнаружено увеличение количества узкоспециализированных форм окисляющих газообразные углеводороды, твердые парафины, ароматические углеводороды. Среди них выявлены представители бактерий родов Arthrobacter, Bacillus, Brevibacterium, Nocardia, Pseudomonas, Rhodococcus, Rhodosporidium, Rhodococcus, Flavobacterium, Agrobacterium, и аспорогенных дрожжей родов Candida, Cryptococcus, Rhodotorula, Rhodopseudomonas, Sporobolumyces, Torulopsis, Trichosporien.

Отмечено присутствие грибов родов Mucor, Penicillium и Trichoderma встречающихся также и в незагрязненной почве. В результате на численность микроорганизмов и на количество доминантных видов в нефтезагрязненых почвах оказывает воздействие степень загрязнения, кроме того, в сильнозагрязненных почвах наблюдается спад микробного разнообразия, также срок загрязнения.

Поступление нефти в почву приводит в движение компоненты микробного сообщества, находящегося в состоянии гомеостаза, изменяется структура почвенного микробиоценоза, жесткость его строения, характер трофических связей, активность биоценоза, направленность и скорость биохимических реакций.

Список используемой литературы

Список используемой литературы 1. Абдрахмонов, Т. А. Влияние загрязнений почвы нефтью и нефтепродуктами микрофлору Т. А. Абдрахмонов, З. А. Жаббаров, Э. М. Хушвактов Материалы IV съезда почвоведов и агрохимиков Узбекистана Ташкент, 2005 С. 208-209. 2. Ботоер, М. Микробные сообщества в мерзлотных почвах Сибири М. Ботоер докл. II межвуз. конф. Сыктывкар, 1997 г Сыктывкар, 1997 С. 54-55. 3. Гузев В.С Левин С.В Селецкий Г.И Бабьева Е.Н Калачникова И.Г Колесникова Н.М Оборин А.А Звягинцев Д.Г. Роль почвенной микробиоты в рекультивации нефтезагрязненных почв Микроорганизмы и охрана почв М. Наука, 1989 С. 129-150. 4. Драчук С.В Щербакова О.А Фирсов Н.Н. Фототрофные бактерии в почвах, загрязнённых нефтепродуктами Современные проблемы экологии, микробиологии и иммунологии Матер. региональной конф. молодых учёных Пермь, 1999 С. 82. 5. Исмаилов Н.М. Нефтяное загрязнение и биологическая активность почвы Добыча полезных ископаемых и геохимия природных экосистем М. Наука, 1992 С. 227-235. 6. Коронелли Т.В. Принципы и методы интенсификации биологического разрушения углеводородов в окружающей среде Обзоры Прикладная биохимия и микробиология. 1996. Т. 32. 6. С.579-585 7. Усачева Г.М Самосова С.М Мартынов А.А Фильченков В.И Петрова Л.М. Оценка эффективности некоторых приемов воздействия на разложение нефти в почве Усп. газовой хромотографии.

Казань. 1982. Вып. 6. С. 105-114. 8. Хазиев Ф.Х Тишкина ЕИ Киреева Н.А Кузахметов Г.Г. Влияние нефтяного загрязнения на некотрые компоненты агросистемы Агрохимия. 1988 2. С. 56-61.