Микробиологическая оценка состояния городских почв нефтегазоносного региона (на примере территории Когалыма)

В ходе работы оценили общую численность гетеротрофных микроорганизмов и количество бактерий-участников круговорота азота (аммонифицирующих, денитрифицирующих, нитрифицирующих и азотфиксирующих) в городских и естественных (фоновых) почвах г. Когалыма, выявили взаимосвязи полученных результатов с геохимическими показателями. Микробиологический анализ продемонстрировал преобладание в городских почвах азотфиксирующих микроорганизмов (5.0×104 – 2.0×106 КОЕ/г почвы), которых в естественных почвах было в среднем в 44 раза меньше. В естественных почвах среднее количество денитрифицирующих микроорганизмов составляло 7.0×104 КОЕ/г почвы, превышая в 1.3 раза их численность в городских почвах. На основе полученных данных был установлен ряд содержания микроорганизмов в почвах г. Когалыма: азотфиксаторы > аммонификаторы > гетеротрофы > денитрификаторы; в фоновых пробах: денитрификаторы > аммонификаторы > гетеротрофы > азотфиксаторы. Согласно данным эколого-геохимического анализа в Восточной промышленной зоне города обнаружено превышение ПДК подвижных форм тяжёлых металлов, таких как Cu, Ni и Zn. Выявлена достоверная обратная корреляция между количеством денитрифицирующих микроорганизмов в микробоценозах почв г. Когалыма и содержанием подвижных форм Ni и Cu, что указывает на возможное негативное действие этих металлов на развитие денитрификаторов. Обнаружена минимальная численность аммонифицирующих, денитрифицирующих и азотфиксирующих микроорганизмов в Восточной промышленной зоне, особенно в почвенных пробах, отобранных вблизи железной дороги. В целом, отсутствие заметных различий в содержании микроорганизмов изученных групп в городских и естественных почвах свидетельствует о слабом уровне загрязнения почв в г. Когалыме. Полученные результаты являются основой для последующего экологического мониторинга почв г. Когалыма и прилегающих нефтедобывающих районов, прогнозирования экологических последствий антропогенной деятельности на данных территориях. 

1. Багаева Т. В., Ионова Н. Э., Надеева Г. В. Микробиологическая ремедиация природных систем от тяжелых металлов: учеб.-метод. пособие. Казань: Казанский университет, 2013. 56 с.

2. Габбасова И. М. Деградация и рекультивация почв Башкортостана. Уфа: Гилем, 2004. 284 с.

3. Геннадиев А. Н. Нефть и окружающая среда // Вестник Московского университета. Серия 5: География. 2016. № 6. С. 30 – 39.

4. ГН 2.1.7.2041-06. Предельно допустимые концентрации (ПДК) и ориентировочнодопустимые концентрации (ОДК) химических веществ в почве: Гигиенические нормативы. М.: Федеральный центр гигиены и эпидемиологии Роспотребнадзора, 2006. 15 с.

5. ГОСТ 17.4.4.02-84. Охрана природы. Почвы. Методы отбора и подготовки проб для химического, бактериологического, гельминтологического анализа: Межгосударственные стандарты. М.: Стандартинформ, 2008. 8 с.

6. Евдокимова Г. А. Эколого-микробиологические основы охраны почв Крайнего Севера. Апатиты: Кольский научный центр Российской академии наук, 1995. 272 с.

7. Евдокимова Г. А. Почвенная микробиота как фактор устойчивости почв к загрязнению // Теоретическая и прикладная экология. 2014. № 2. С. 17 – 24.

8. Еремченко О. З., Шестаков И. Е., Каменщикова В. И. Эколого-биологические свойства урбаноземов г. Перми // Вестник Удмуртского университета. Биология. Науки о Земле. 2010. Вып. 4. С. 56 – 62.

9. Елин Е. С. Биогеохимическая трансформация нефти – загрязнителя и болотного биогеоценоза при их взаимодействии // Вестник экологии, лесоведения и ландшафтоведения. 2002. № 3. С. 153 – 166.

10. Журавлева А. С., Лабутова Н. М., Андронов Е. Е. Влияние нефтезагрязнения на микробоценоз почв, прилегающих к нефтехранилищу // Экологическая генетика. 2017. № 4. С. 60 – 68. https://doi.org/10.17816/ecogen15460-68

11. Загуральская Л. М. Микробная трансформация органического вещества в лесных почвах Карелии. СПб.: Наука. Санкт-Петерб. отд-ние, 1993. 136 с.

12. Звягинцев Д. Г. Биологическая активность почв и шкалы для оценки некоторых ее показателей // Почвоведение. 1978. № 6. С. 48 – 54.

13. Звягинцев Д. Г. Почва и микроорганизмы. М.: Изд-во МГУ, 1987. 256 с.

14. Колесников С. И., Казеев К. Ш., Велигонова Н. В., Патрушева Е. В., Азнаурьян Д. К., Вальков В. Ф. Изменение комплекса почвенных микроорганизмов при загрязнении чернозема обыкновенного нефтью и нефтепродуктами // Агрохимия. 2007. № 12. С. 44 – 48.

15. Коршунова Т. Ю., Четвериков С. П., Бакаева М. Д., Кузина Е. В., Рафикова Г. Ф., Четверикова Д. В., Логинов О. Н. Микроорганизмы в ликвидации последствий нефтяного загрязнения // Прикладная биохимия и микробиология. 2019. Т. 55, № 4. С. 338 – 349. https://doi.org/10.1134/S0555109919040093

16. Кузнецов А. В., Фесюн А. П., Самохвалов С. Г., Махонько Э. П. Методические указания по определению тяжелых металлов в почвах сельхозугодий и продукции растениеводства. М.: ЦИНАО, 1992. 61 с.

17. Кутовая О. В., Тхакахова А. К., Семенов М. В., Чернов Т. И., Ксенофонтова Н. А., Железова А. Д., Гаджиумаров Р. Г., Стукалов Р. С., Иванова Е. А., Никитин Д. А. Сравнительная оценка влияния нулевой и традиционной обработки на биологическую активность агрочерноземов Ставропольского края // Бюллетень Почвенного института им. В. В. Докучаева. 2019. № 100. С. 159 – 189. https://doi.org/10.19047/0136-1694-2019-100-159-189

18. Макаров О. А., Макаров А. А. Подходы к оценке риска химического загрязнения городских почв // Почвоведение. 2016. № 9. С. 1147 – 1156. https://doi.org/10.7868/ S0032180X16090094

19. Малыхина Л. В., Шайдуллина И. А., Антонов Н. А., Сибгатова Д. И., Яппаров А. Х., Дегтярева И. А., Латыпова В. З., Гадиева Э. Ш. Применение новых биотехнологий при рекультивации черноземов со смешанным типом загрязнения // Георесурсы. 2016. Т. 18, № 2. С. 138 – 144.

20. Мелехина Е. Н., Маркарова М. Ю., Щемелинина Т. Н., Анчугова Е. М., Канев В. В. Восстановительные сукцессии биоты в торфяной почве с нефтяным загрязнением при различных методах биологической рекультивации // Почвоведение. 2015. № 6. С. 740 – 750. https://doi.org/10.7868/S0032180X15060076

21. Мишустин Е. Н. Ассоциация почвенных микроорганизмов. М.: Наука, 1975. 114 с.

22. Мынбаева Б. Н., Сейлова Л. Б., Воронова Н. В., Муздыбаева К. К., Амирашев Б. А., Иманбекова Т. Г. Микробиологическая индикация почв г. Алматы, загрязненных тяжелыми металлами // Доклады по экологическому почвоведению. 2013. Вып. 18, № 1. С. 176 – 184.

23. Напрасникова Е. В., Макарова А. П. Эколого-микробиологическая и биохимическая характеристика почвенного покрова в условиях аэротехногенного загрязнения // Известия Иркутского государственного университета. Серия: Биология. Экология. 2012. Т. 5, № 2. С. 19 – 26.

24. Национальный атлас почв Российской Федерации. М.: Астрель, 2011. 632 с.

25. Нетрусов А. И., Егорова М. А., Захарчук Л. М. Практикум по микробиологии. М.: Академия, 2005. 608 с.

26. Рахимова Э. Р., Осипова А. Л., Зарипова С. К. Очистка почвы от нефтяного загрязнения с использованием денитрифицирующих углеводородокисляющих микроорганизмов // Прикладная биохимия и микробиология. 2004. Т. 40, № 6. С. 649 – 653.

27. РД 52.18.191-89. Методика выполнения измерений массовой доли кислоторастворимых форм металлов (меди, свинца, цинка, никеля, кадмия) в пробах почвы атомноабсорбционным анализом. М.: Государственной комитет СССР по гидрометеорологии, 1990. 32 с.

28. Рогозина Е. А., Шиманский В. К. Модели изменения почвенных экосистем под действием углеводородного загрязнения // Нефтегазовая геология. Теория и практика. 2007. № 2. С. 27 – 43.

29. Саксонов М. Н., Абалаков А. Д., Данько Л. В., Бархатова О. А., Балаян А. Э., Стом Д. И. Экологический мониторинг нефтегазовой отрасли. Физико-химические и биологические методы: учеб. пособие. Иркутск: Иркутский государственный университет, 2005. 114 с.

30. СанПиН 42-128-4433-87 «Санитарные нормы допустимых концентраций химических веществ в почвах», утв. заместителем Главного государственного санитарного врача СССР, 30.10.88 № 4433-87; ред. от 07.02.99. М., 1999. 25 с.

31. Середина В. П., Колесникова Е. В., Кондыков В. А., Непотребный А. И., Огнев С. А. Особенности влияния нефтяного загрязнения на почвы средней тайги Западной Сибири // Нефтяное хозяйство. 2017. № 5. С. 108 – 112. https://doi.org/10.24887/0028-2448-2017-5-108- 112

32. Соколов С. С., Сторчак Т. В., Тихомиров Я. Н. Разработка информационно-аналитической системы экологического мониторинга для слежения за текущим состоянием окружающей среды на территории нефтяных месторождений // Бюллетень науки и практики. 2017. № 4 (17). С. 170 – 183. https://doi.org/10.5281/zenodo.546288

33. Сорокин Н. Д., Гродницкая И. Д., Шапченкова О. А., Евграфова С. Ю. Экспериментальная оценка устойчивости почвенного микробоценоза при химическом загрязнении // Почвоведение. 2009. № 6. С. 701 – 707.

34. Сулейманов Р. Р., Габбасова И. М., Ситдиков Р. Н. Изменение свойств нефтезагрязнённой серой лесной почвы в процессе биологической рекультивации // Известия РАН. Серия биологическая. 2005. № 1. С. 109 – 115.

35. Федорец Н. Г., Бахмет О. Н. Экологические особенности трансформации соединений углерода и азота в лесных почвах. Петрозаводск: Карельский научный центр РАН, 2003. 240 с.

36. Фокина А. И., Ашихмина Т. Я., Домрачева Л. И., Горностаева Е. А., Огородникова С. Ю. Тяжелые металлы как фактор изменения метаболизма у микроорганизмов (обзор) // Теоретическая и прикладная экология. 2015. № 2. С. 5 – 17.

37. Adesina G. O., Adelasoye K. A. Effect of crude oil pollution on heavy metal contents, microbial population in soil, and maize and cowpea growth // Agricultural Sciences. 2014. Vol. 5, iss. 1. P. 43 – 50. http://dx.doi.org/10.4236/as.2014.51004

38. Bagali S. S. Review: nitrogen fixing microorganisms // International Journal of Microbiological Research. 2012. Vol. 3, iss. 1. P. 46 – 52. https://doi.org/10.5829/idosi.ijmr.2012.3.1.61103

39. Foght J., Aislabie J. Enumeration of soil microorganisms // Manual for Soil Analysis – Monitoring and Assessing Soil Bioremediation / eds. R. Margesin, F. Schinner. Berlin; Heidelberg: Springer-Verlag, 2005. P. 261 – 280.

40. Friedlová M. The influence of heavy metals on soil biological and chemical properties // Soil and Water Research. 2010. Vol. 5, iss. 1. P. 21 – 27. https://doi.org/10.17221/11/2009-SWR

41. Fu J., Wang Q., Wang H., Yu H., Zhang X. Monitoring of non-destructive sampling strategies to assess the exposure of avian species in Jiangsu Province, China to heavy metals // Environmental Science and Pollution Research. 2014. Vol. 21, iss. 4. P. 2898 – 2906. https://doi.org/10.1007/s11356-013-2242-4

42. Galitskaya P., Gumerova R., Ratering S., Schnell S., Blagodatskaya E., Selivanovskaya S. Oily waste containing natural radionuclides: does it cause stimulation or inhibition of soil bacterial community? // Journal of Plant Nutrition and Soil Science. 2015. Vol. 178, № 6. P. 825 – 833. https://doi.org/10.1002/jpln.201400641

43. Grzyb A., Wolna-Maruwka A., Niewiadomska A. The significance of microbial transformation of nitrogen compounds in the light of integrated crop management // Agronomy. 2021. Vol. 11, № 7. Article number 1415. https://doi.org/10.3390/agronomy11071415

44. Hazim R. N., Al-Ani M. A. Effect of petroleum hydrocarbons contamination on soil microorganisms and biodegradation // Rafidain Journal of Science. 2019. Vol. 28, iss. 1. Р. 13 – 22. https://doi.org/10.33899/rjs.2019.159391

45. Kucharski J., Tomkiel M., Boros E., Wyszkowska J. The effect of soil contamination with diesel oil and petrol on the nitrification process // Journal of Elementology. 2010. Vol. 15, iss. 1. P. 111 – 118. https://doi.org/10.5601/jelem.2010.15.1.111-118

46. Murata T., Kanao-Koshikawa M., Takamatsu T. Effects of Pb, Cu, Sb, Zn and Ag contamination on the proliferation of soil bacterial colonies, soil dehydrogenase activity, and phospholipid fatty acid profiles of soil microbial communities // Water, Air and Soil Pollution. 2005. Vol. 164. P. 103 – 118.

47. Mustafa A. D., Juahir H., Yunus K., Amran M. A., Hasnam C. N. C., Azaman F., Abidin I. Z., Azmee S. H., Sulaiman N. H. Oil spill related heavy metal: a review // Malaysian Journal of Analytical Sciences. 2015. Vol. 19, iss. 6. P. 1348 – 1360.

48. Rana A., Kumar R. P., Ramakrishnan B. Enzymology of the nitrogen cycle and bioremediation of toxic nitrogenous compounds // Smart Bioremediation Technologies: Microbial Enzymes / ed. P. Bhatt. London: Academic Press, 2019. P. 45 – 61. https://doi.org/10.1016/B978-0-12- 818307-6.00003-2

49. Su C., Jiang L., Zhang W. A review on heavy metal contamination in the soil worldwide: Situation, impact and remediation techniques // Environmental Skeptics and Critics. 2014. Vol. 3, iss. 2. Р. 24 – 38.

50. Sumampouw O. J., Risjani Y. Bacteria as indicators of environmental pollution: Review // International Journal of Ecosystems and Ecology Science. 2014. Vol. 4, iss. 6. Р. 251 – 258. https://doi.org/10.5923/j.ije.20140406.03

51. Terekhova V. A., Shitikov V. K., Ivanova A. E., Kydralieva K. A. Assessment of the ecological risk of technogenic soil pollution on the basis of the statistical distribution of the occurrence of micromycete species // Russian Journal of Ecology. 2017. Vol. 48, iss. 5. P. 417 – 424. https://doi.org/10.1134/S1067413617050125

52. Wolińska A., Kuźniar A., Szafranek-Nakonieczna A., Jastrzębska N., Roguska E., Stępniewska Z. Biological activity of autochthonic bacterial community in oil-contaminated soil // Water, Air and Soil Pollution. 2016. Vol. 227. Article number 130. https://doi.org/10.1007/s11270-016- 2825-z