Влияние нефтезагрязнения на раковинных амёб

На правах рукописи
СМОЛИНА Татьяна Владимировна
ВЛИЯНИЕ НЕФТЕЗАГРЯЗНЕНИЯ
НА РАКОВИННЫХ АМЕБ
03.00.16 – Экология
Автореферат
диссертации на соискание ученой степени
кандидата биологических наук
Омск – 2009
1
Работа выполнена в ГОУ ВПО «Томский государственный университет
систем управления и радиоэлектроники»
Научный руководитель:
доктор биологических наук, профессор
Карташев Александр Георгиевич
Официальные оппоненты:
доктор биологических наук, профессор,
Лихачев Сергей Федорович
доктор биологических наук
Долгин Владимир Николаевич
Ведущее учреждение:
Институт химии нефти СО РАН
Защита состоится «18» декабря 2009 г. в 1000 часов на заседании
диссертационного совета ДМ 212.177.05 при ГОУ ВПО Омском
государственном педагогическом университете по адресу: 644099, г. Омск,
ул. Набережная Тухачевского, 14.
Телефон/факс: (381-2) 23-12-20, e-mail: kolpakova@omgpu.ru
С диссертацией можно ознакомиться в
государственного педагогического университета.
библиотеке
Омского
Автореферат разослан «17» ноября 2009 г.
Ученый секретарь
диссертационного совета
кандидат биологических наук, доцент
2
Т.Ю. Колпакова
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность проблемы. Загрязнение почвы нефтью является одним
из наиболее распространенных загрязнителей окружающей среды
антропогенного происхождения. В процессе добычи, транспортировки и
переработки нефти неизбежно происходят разливы нефти, ведущие к
нарушению экологического равновесия, проявляющиеся в изменении
структуры биоценозов, интенсивности и направленности почвообразующих
процессов, что приводит к перестройке микробиоценоза почвенных
простейших (Артемьева, 1989; Пиковский, 1993; Солнцева, 1982, 2002).
Увеличение объемов добычи нефти на территории Западной Сибири
приводит к усилению техногенной нагрузки на все компоненты экосистемы,
в том числе и на почвы (Андреева, 2005). Почва как среда, которая
аккумулирует все загрязнения, сорбирует тяжелые металлы и радионуклиды,
называется «экологическим щитом биосферы» (Гончарук, Сидоренко, 1986;
Spurgeon, Hopkin, 1999). Загрязнение почвы нефтью приводит к
закупориванию капилляров почвы, уменьшению объема порового
пространства. Вследствие этого меняется порозность почвы и геометрия
порового пространства, которые ведут к нарушениям водно-воздушного и
окислительно-восстановительного режимов почвы, поступления питательных
веществ, ухудшению морфологических и физических свойств почвы
(Ситдиков, Волокитин, 2001; Узбеков, Мотовилова, 2003). Наблюдается
обеднение почв доступными соединениями азота и фосфора, повышается
содержание подвижных форм микроэлементов (Пермитина, Димеева, 2002;
Киреева, 1996; Огородников и др., 2000). Безусловно, эти изменения свойств
почвы оказывают влияние на все биологические процессы, протекавшие в
почве, в том числе на микрофлору и животное население (Гриценко и др.,
1997).
Длительность отрицательного последействия нефтяного загрязнения на
почвенных беспозвоночных определяется типом (интенсивностью) загрязнения и
морфо-экологическими особенностями отдельных видов (Романюк и др., 1982).
Эти данные коррелируют с изменением физических, химических свойств почвы,
с выпадением растительности, со снижением общей биологической
активности на загрязненных участках (Homstrup et al., 2000). Очень
чувствительными к составляющим нефти оказываются почвенные
беспозвоночные (Карташев, 1999). При общем отрицательном действии
нефтяного загрязнения на комплекс педобионтов установлено в условиях, как
лабораторных опытов, так и на производственном загрязнении, что почвенные
простейшие постоянно присутствуют в загрязненных нефтью почвах
(Борисович, 1987; Rogers, Berger, 1980).
В литературе отсутствуют работы, направленные на изучение влияния
нефти на раковинных амеб, сезонной динамики и структуру сообщества тестацей
в условиях нефтезагрязнения. Недостаточная изученность данных проблем
послужила предпосылкой для настоящего исследования.
3
Цель работы: исследовать влияние нефтезагрязнения на сообщество
раковинных амеб.
В соответствии с целью работы определены задачи исследования:
1. Исследовать влияние нефти на численность и видовое разнообразие
раковинных амеб.
2. Изучить изменение сезонной динамики сообщества раковинных амеб
в условиях нефтяного загрязнения.
Научная новизна. Впервые проведены исследования по влиянию
нефтезагрязнения на раковинных амеб. Впервые исследована сезонная
динамика сообщества раковинных амеб в условиях нефтяного загрязнения.
Показана сезонная динамика раковинных амеб в почвах Западной Сибири.
Впервые установлены стадии изменения сообщества раковинных амеб
при нефтезагрязнении.
Теоретическое и практическое значение. Получены новые
теоретические и практические данные в области протозоологии по влиянию
нефтезагрязнения на раковинных амеб. Практическую значимость
представляет материал по сезонной динамике сообщества раковинных амеб.
Проведенные нами исследования показали, что численность и видовой
состав тестацей существенно зависит от степени загрязнений, что позволяет
рассматривать их в качестве универсального экологического теста
нефтезагрязнений и использовать при разработке нормативов допустимого
остаточного содержания нефти в почвах.
Положения, выносимые на защиту:
1.
Увеличение
концентрации
нефтезагрязнения
вызывает
снижение численности и изменение видового состава сообщества
раковинных амеб
2.
В структуре сообщества раковинных амеб формируются группы
устойчивых и неустойчивых к нефтезагрязнению тестацей.
3.
Восстановление численности и видового состава происходит
параллельно снижению остаточной концентрации нефти в почве.
Апробация работы. Основные положения диссертации доложены и
обсуждены на Международном симпозиуме по раковинным амебам (Бельгия,
2006), на XIV Международной научная конференция студентов, аспирантов и
молодых ученых «Ломоносов» (Москва, 2007), на Международной
молодежной научной конференции «Экология 2007» (Архангельск, 2007), на
Международной научно-практической конференции «Экология биосистем:
проблемы изучения, индикации и прогнозирования», (Астрахань, 2007), на
10-ой Пущинской школе-конференции молодых учёных «Биология – наука
XXI века» (Пущино, 2006), на семинаре «Развитие ТЭК России: социальные
и экологические последствия и перспективы» (Томск, 2008), на II
Всероссийской молодежной школе – семинаре с международным участием
«Концептуальные и прикладные аспекты научных исследований и
образования в области зоологии беспозвоночных» (Томск, 2007), на
Всероссийской научно-технической конференции студентов, аспирантов и
молодых ученых «Научная сессия ТУСУР-2008» (Томск, 2008).
4
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 10 работ, три
из них – в журналах, рекомендованных экспертным советом ВАК РФ.
Структура и объем работы. Диссертация общим объемом 127 страниц
печатного текста, состоит из введения, четырех глав, выводов и
библиографического списка. Работа иллюстрирована 19 рисунками и 24
таблицами. Библиографический список литературы включает 153 источника,
в том числе 53 зарубежных авторов.
ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
В работе рассматривается влияние нефти на раковинных амеб,
относящихся к 14 родам: Arcella, Centropyxis, Plagiopyxis, Heleopera, Nebela,
Euglypha, Trinema, Cyclopyxis, Assulina, Corytion, Trigonopyxis, Placocista,
Amphitrema, Phryganella.
Материалы, представленные в диссертации, являются результатом
исследований в период с 2005 по 2008 гг. В лабораторных и полевых
условиях и на экспериментальных участках изучались закономерности
изменения численности раковинных амеб под влиянием различных доз
товарной нефти. В лабораторных и полевых исследованиях использовалась
товарная нефть Лугинецкого месторождения.
Для оценки влияния нефти на раковинных амеб в лабораторных
условиях использовали кюветы (материал – пластмасса, размеры: длина –
0,5 м; высота – 0,15 м; ширина – 0,2 м). В лабораторные кюветы помещалась
смешанная проба гумусового слоя (А1, 0-20 см) серых лесных почв зернистокомковатой структуры влажностью 30 % по три килограмма почвы в каждой
кювете. Данный тип почв широко распространен в Западной Сибири
(Непряхин, 1977). На каждый опыт ставилось по 5 кювет. Опыты
проводились при комнатной температуре +20°С. Эксперимент состоял из
пяти опытов с дозами внесения 10, 20, 30 50, 100 г/кг почвы при
параллельном контроле. Нефть вносилась таким образом, чтобы
просачивалась по почвенному профилю равномерно, на одинаковую глубину.
Эксперименты проводились в течение 30-ти суток для каждой концентрации.
Отбор проб осуществляли в период с 13.12.2005 по 11.01.2006 гг. в пяти
точках. Пробы брали в поверхностном горизонте на глубине 0-10 см. Отбор
проб осуществляли случайным образом.
Для оценки влияния различных доз нефти на раковинных амеб в
естественном биоценозе были заложены по единой методике модельные
площадки по 1 м2 с дозированным внесением нефти (10, 20, 50, 100, 200 г/кг).
Каждый вариант опыта был представлен в 3-х кратной повторности. Всего
было заложено 18 модельных площадок, в том числе 15 – с внесением
загрязнителя и 3 – контрольные. В качестве контрольного использовали
участок вне загрязнения. Параллельно изучалась скорость деградации нефти
в почве. Отбор проб осуществляли еженедельно в период с 25.06.2006 по
30.09.2008 гг. в пяти точках на каждом участках суходольного луга, на
участках влажного луга – с 25.06 по 30.09.2008 г. Пробы брали в
5
поверхностном горизонте на глубине 0-10 см. Отбор проб осуществляли
случайным образом. 15 и 20 июня были взяты пробы для оценки численности
раковинных амеб до внесения поллютанта. Нефть вносили 25.06.2006 г. на
участки суходольного луга, 25.06.2008 г. – влажного луга. Сезонная
динамика раковинных амеб изучалась в течение 2006-2008 гг.
Полевые исследования проводились на Советском месторождении
Томской области (подтаежная зона Западной Сибири), в 10 км от г.
Стрежевого, разлив нефти произошел в 2003 г. рядом с кустом 150 А
(загрязнение концентрацией 400 г/кг почвы). Площадка была
рекультивирована в 2004 г. Площадь загрязнения 100 х 54 м.
В результате длительной эксплуатации месторождения, его территория
оказалась сильно загрязненной нефтепродуктами. Распределение нефтяного
загрязнения оказалось неравномерным, что позволило нам выбрать
контрольные участки (0% нефти в почве) и участки с разным содержанием
нефтепродуктов в почве (с учетом остаточной концентрации нефти). В
качестве контрольного использовали участок вне загрязнения. Отбор проб
был произведен 25.07.2005 г. в пяти точках на каждом участке торфяного
болота.
Пробы представляли собой образец почвы (глубина 10 см). Все взятые
пробы были разделены на две части – для анализа раковинных амеб и
измерения почвенной влажности.
Количественный учет производился прямым микроскопированием
водной почвенной суспензии в чашках Петри в определенном количестве
полей зрения (Гельцер, 1980; Гельцер и др., 1985). Водную суспензию
микроскопировали при увеличении × 600. Каплю суспензии, нанесенную на
предметное стекло, просматривали в 6 повторностях. При необходимости,
раковинки при помощи пипетки отсаживали на предметное стекло,
помещали в каплю глицерина и исследовали под микроскопом.
При количественном подсчете учитывались все попадающиеся
раковинки, число которых пересчитывали на 1 г абсолютно сухой почвы.
Влажность определяли весовым методом (Агрохимические методы …, 1965).
При определении раковинных амеб руководствовались работами
следующих авторов: Гельцер и др., 1985, 1995; Мазей, Цыганов, 2006;
Deflandre, 1928, 1929, 1936; Decloitre, 1962, 1976, 1977, 1978, 1979, 1981;
Bartoš, 1954; Ogden, Hedley, 1980; Charman et al., 2000; Бейер и др., 2000;
Лепинис и др., 1973. В работе принята система эукариот, предложенная
международным комитетом (Adl et al., 2005).
Для изучения деградации нефти в почве было отобрано 75 проб почвы
для определения содержания остаточной концентрации нефти на
экспериментальных участках и 12 проб – в полевых условиях. Остаточную
концентрацию нефти определяли весовым методом (Орлова, Васильевская,
1994).
Для оценки степени загрязнения почв нефтепродуктами использовалась
градация, представленная в нормативном документе «Порядок определения
размеров ущерба от загрязнения земель химическими веществами» (1993).
6
Анализ и обработка данных проводилась с использованием пакета
программ STATISTICA® for Windows (Боровиков, 1998; Боровиков и др.,
1998), предварительная обработка данных и описательная статистика с
помощью табличного процессора Microsoft® Excel 2002.
Результаты исследований и обсуждение
Результаты
лабораторных
исследований
по
влиянию
нефтезагрязнения на сообщество раковинных амеб и обсуждение.
Сравнительный анализ данных, полученных в лабораторных опытах с
загрязнением почвы нефтью с дозой внесения 10, 20 и 30 г/кг почвы, выявил,
что наибольшее изменение численности раковинных амеб наблюдается после
внесения нефти. Представленные на рисунке 1 данные показывают, что на
изменение численности тестацей оказывают влияние даже малые дозы
(10 г/кг) внесения поллютанта.
Рис. 1. Изменение численности раковинных амеб в зависимости от дозы
внесения нефти: 1 – при концентрации 10 г нефти на кг почвы, 2 – 20 г нефти
на кг почвы, 3 – 30 г нефти на кг почвы, 4 – контроль
Анализируя данные, представленные на рисунке 1 можно сделать вывод,
что увеличение концентрации нефтезагрязнения коррелирует с уменьшением
численности раковинных амеб. Наибольшая гибель тестацей наблюдается в
первые трое суток, что говорит о прямом токсическом действии нефти,
особенно легких фракций.
Уменьшение численности раковинных амеб в лабораторных кюветах
обусловлено изменением влажности, так как при нефтезагрязнении резко
изменяется водопроницаемость почвы.
Внесение
нефти
характеризуется
общими
изменениями
в
морфологической структуре раковинных амеб в виде почернения раковинки,
изменения ее формы.
7
Анализ данных, полученных в лабораторных условиях, позволил
выделить три стадии адаптации сообщества раковинных амеб при разных
дозах нефтяного поллютанта. 1. Стадия устойчивой резистентности. 2.
Стадия уменьшения численности и снижения видового разнообразия. 3.
Стадия вымирания. Аналогичные зоны были выделены Звягинцевым Д.Г. с
соавторами (Звягинцев и др., 1986) для микробного сообщества при разных
дозах нефтяного поллютанта по типу доза-эффект.
В серых лесных почвах, взятых для проведения исследования, было
обнаружено 18 видов и вариететов раковинных амеб, относящихся к 10
родам и 6 семействам. Основную массу обнаруженных видов раковинных
амеб в серых лесных почвах составляют представители семейств
Centropyxidae, Euglyphidae и Trinematidae. Эти семейства насчитывают 2-4
вида. Остальные семейства имеют 1-2 вида в своем составе.
Углеводороды нефти, загрязняющие почву, изменяют не только
численность, но и видовой состав. На рисунках 2, 3 и 4 представлено
изменение видового разнообразия раковинных амеб в загрязненной почве
нефтью при концентрациях 10, 20, 30 г/кг и незагрязненной почве на 1, 2 и 3
стадии изменения сообщества раковинных амеб.
Рис. 2. Изменение видового состава раковинных амеб в серых лесных
почвах при нефтезагрязнении на первой стадии
На первой стадии изменения сообщества раковинных амеб снижение
видового разнообразия происходит при концентрации нефти 30 г/кг за счет
8
исчезновения следующих видов: Arcella catinus, Heleopera sylvatica, Assulina
muscorum и Trinema complanatum. При концентрации нефти 10 и 20 г/кг
почвы количество видов составляет 18 видов, что соответствует количеству
видов в контроле (рис. 2).
Рис. 3. Изменение видового состава раковинных амеб в серых лесных
почвах при нефтезагрязнении на второй стадии
На второй стадии при концентрации нефти 20 г/кг снижение видового
разнообразия сообщества раковинных амеб происходит за счет исчезновения
Arcella catinus, Heleopera sylvatica, Assulina muscorum и Trinema complanatum.
При увеличении концентрации до 30 г/кг к ранее перечисленным видам
добавляются Centropyxis elongate, Nebela tubulosa, Euglypha ciliata. При
концентрации нефти 10 г/кг почвы количество видов составляет 18 видов, что
соответствует количеству видов в контроле (рис. 3).
Снижение видового разнообразия сообщества раковинных амеб на
третьей стадии наблюдается при концентрации нефти 20 и 30 г/кг почвы. Так,
при концентрации 20 г/кг исчезают Arcella catinus, Heleopera sylvatica, Nebela
tubulosa, Euglypha ciliate, Assulina muscorum и Trinema complanatum. При
увеличении концентрации до 30 г/кг к ранее перечисленным видам
добавляются Centropyxis elongate, Cyclopyxis kahli, Plagiopyxis penardi,
Corytion dubium. При концентрации нефти 10 г/кг почвы количество видов
составляет 18 видов, что соответствует количеству видов в контроле (рис. 4).
9
Рис. 4. Изменение видового состава раковинных амеб в серых лесных
почвах при нефтезагрязнении на третьей стадии
Проводя сравнительный анализ данных, представленных на рисунках 2,
3 и 4, можно утверждать, что увеличение концентрации нефтезагрязнения
оказывает существенное влияние на видовое разнообразие сообщества
раковинных амеб. В загрязненной почве при концентрации 10 и 20 г/кг в
конце эксперимента преобладали раковинные амебы родов Euglypha и
Plagiopyxis, при концентрации 30 г/кг - Plagiopyxis, Centropyxis, Cyclopyxis.
Следовательно, можно считать, что раковинные амебы родов Plagiopyxis,
Centropyxis, Cyclopyxis наиболее устойчивые, а раковинные амебы родов
Corytion, Trinema, Arcella менее устойчивые к нефтезагрязнению.
Устойчивость трех основных родов (Plagiopyxis, Centropyxis, Cyclopyxis)
обусловлена двукамерностью строения раковинки. Формирование
внутренней камеры усиливает изоляцию цитоплазмы относительно внешней
среды (Корганова, 2003).
Результаты лабораторных исследований показали, что нефть, проникая
в почвенные горизонты, снижает количество кислорода и изменяет
влажность, которые необходимы для физиологической активности тестацей.
Нефтезагрязнение оказывает влияние на сообщество раковинных амеб в виде
снижения видового разнообразия и уменьшения численности.
10
Результаты исследований по влиянию нефтезагрязнения на
сообщество раковинных амеб на экспериментальных участках и
обсуждение.
На экспериментальных участках суходольного луга обнаружено 23 вида
и вариетета раковинных амеб, относящихся к 11 родам и 8 семействам.
Основную массу обнаруженных видов раковинных амеб в серых лесных
почвах составляют представители семейств Centropyxidae, Euglyphidae и
Trinematidae. Эти семейства насчитывают от 4 до 9 видов. Остальные
семейства имеют 1-2 вида в своем составе.
В настоящей работе изложены данные по изучению сезонной динамики
раковинных амеб за летне-осенний период в 2006-2008 гг. (рис. 5).
Рис. 5. Сезонная динамика сообщества раковинных амеб в почвах
суходольного луга в 2006-2008 гг.
Из анализа данных, представленных на рисунке 5, следует, что
максимум численности приходится на сентябрь. Наибольшая численность
раковинных амеб наблюдается в 2008 г., что обусловлено выпадением
большего количества осадков и незначительными колебаниями температуры,
по сравнению с 2006 и 2007 гг.
В обнаруженной фауне раковинных амеб четко выделяется
доминирующий комплекс (до 98% численности), состоящий из шести
массовых родов тестацей (Centropyxis, Cyclopyxis, Plagiopyxis, Trinema,
Corytion, Hyalosphenia), который можно считать собственно эдафическим
комплексом. Состав и распределение эдафического комплекса сообщества
раковинных амеб суходольного луга представлены на рисунке 6.
11
Рис. 6. Состав эдафического комплекса сообщества раковинных амеб
суходольного луга
Из анализа данных, представленных на рисунке 6 видно, что в структуре
доминирования сообщества раковинных амеб суходольного луга род
Plagiopyxis является преобладающим, а значит согласно классификации
доминирования (Stöcker, Bergmann, 1977) эудоминантом, так как его доля в
населении составляет 31 %; доминантами являются Centropyxis, Cyclopyxis
(25 % и 24 %); субдоминантами – Corytion, Trinema и Nebela (8 %, 6 % и 4 %);
рецедентом соответственно Hyalosphenia – 2 %.
В данной работе на примере сообщества раковинных амеб суходольного
луга выявлено, что в течение летне-осеннего периода в 2006-2008 гг. не
происходит заметного изменения структуры сообщества (рис. 7).
В настоящей работе изложены данные о влиянии нефти на сезонную
динамику тестацей в течение трех лет (рис. 8, 9 и 10). Действие и
последействие загрязнения почв нефтью на раковинных амеб определяется,
прежде всего, интенсивностью загрязнения (Романюк и др., 1982). Под
влиянием поллютанта с первых дней уменьшается численность раковинных
амеб. Максимальное количество тестацей было отмечено при концентрации
10 г/кг, а минимальное количество – при концентрации 200 г/кг. Наибольшая
гибель тестаций наблюдается на участках с максимальным нефтяным
загрязнением 200 г/кг (рис. 8).
12
2006 г.
2007 г.
2008 г.
Рис. 7. Сезонная динамика эдафического комплекса раковинных амеб в
почвах суходольного луга в 2006-2008 гг.
Эти данные свидетельствуют о прямой зависимости между
концентрацией вносимой нефти и количеством раковинных амеб на
загрязненных участках в первые дни после внесения поллютанта.
Через два месяца после внесения поллютанта численность раковинных
амеб
увеличивается,
что
обусловлено
снижением
концентрации
ароматических углеводородов, которые являются наиболее токсичными для
биоты. Восстановление численности раковинных амеб идет параллельно
снижению остаточной концентрации нефти.
На второй год после внесения нефти численность раковинных амеб
восстанавливается. Сравнительный анализ контрольного участка и участков,
загрязненных нефтью концентрацией 50 и 100 г/кг, показал, что
существенных различий в общем количестве раковинных амеб не
наблюдается (рис. 9).
При сравнительном анализе контрольного участка и участков,
загрязненных нефтью концентрацией 10 и 20 г/кг через год после
загрязнения, наблюдается увеличение численности раковинных амеб по
сравнению с контролем (рис. 9). Через три года количество раковинных амеб
13
на участках, загрязненный нефтью концентрацией 200 г/кг, существенно не
изменяется.
Рис. 8. Изменение количества раковинных амеб в зависимости от
концентрации нефтезагрязнения в почвах суходольного луга в 2006 г.
Рис. 9. Изменение количества раковинных амеб в зависимости от
концентрации нефтезагрязнения в почвах суходольного луга в 2007 г.
14
Сравнивая данные, представленные на рисунках 7, 8 и 9, отмечаем, что
численность раковинных амеб через два и три года после внесения нефти
увеличивается незначительно (рис. 10).
Рис. 10. Изменение количества раковинных амеб в зависимости от
концентрации нефтезагрязнения в почвах суходольного луга в 2008 г.
Анализ данных, представленных на рисунках 8, 9 и 10, при
параллельном сравнении с результатами лабораторных исследований
позволяет выделить три стадии изменения сообщества раковинных амеб
суходольного луга для концентраций нефти 10 и 20 г/кг почвы. 1. Стадия
устойчивой резистентности. 2. Стадия уменьшения численности и снижения
видового разнообразия. 3. Стадия вымирания, при которой наблюдается
практически полное подавление роста и развития микроорганизмов. Для
концентраций 50, 100 и 200 г/кг первая и вторая стадии отсутствуют или,
вероятно, занимают более короткий промежуток времени.
Углеводороды, загрязняющие почву, влияют не только на численность,
но и на видовое разнообразие. На рисунке 11 и 12 представлено изменение
видового разнообразия раковинных амеб в загрязненной почве нефтью при
концентрациях 10, 20, 50, 100 и 200 г/кг и незагрязненной почве через 7 и 60
суток после внесения нефти (наблюдается процесс стабилизации
численности раковинных амеб).
Анализ видового разнообразия сообщества раковинных амеб в почвах
суходольного луга показал прямую зависимость между концентрацией
вносимой нефти и видовым составом сообщества раковинных амеб на
загрязненных участках в первые дни после внесения поллютанта (рис. 11),
что обусловлено острым токсическим действием нефти на живые организмы,
особенно в первоначальный период после загрязнения (Соколов, 1970).
15
Рис. 11. Изменение видового разнообразия раковинных амеб в почвах
суходольного луга при различных концентрациях нефтезагрязнения на 7-й
день после внесения нефти.
При концентрации нефти 10 и 20 г/кг почвы количество видов
соответствует количеству видов в контроле. При концентрации нефти 50, 100
и 200 г/кг количество видов на 7-е сутки составляет 12, 10 и 8 видов
соответственно.
На 60-е сутки после внесения поллютанта наблюдается тенденция к
восстановлению видового состава тестацей за счет того, что значительно
снижается остаточная концентрация нефти в почве (рис. 12).
При концентрации нефти 10 и 20 г/кг почвы количество видов
соответствует количеству видов в контроле. При концентрации нефти 50, 100
и 200 г/кг количество видов на 60-е сутки составляет 23, 17 и 12 видов
соответственно.
Сравнительный анализ данных, представленных на рисунках 11 и 12,
показал, что раковинные амебы родов Plagiopyxis, Centropyxis, Cyclopyxis
наиболее устойчивые к нефтезагрязнению, в то время как тестацей родов
Corytion, Trinema, Arcella – менее устойчивы. Устойчивость раковинных
16
амеб обусловлена строением раковинки. Так, у основных почвенных родов
(Plagiopyxis, Centropyxis, Cyclopyxis) перекрытое козырьком устье находится
в глубине раковинки и служит своего рода наружной буферной структурой
(Корганова, 2003).
Рис. 12. Изменение видового разнообразия раковинных амеб в почвах
суходольного луга при различных концентрациях нефтезагрязнения на 60-й
день после внесения нефти.
Анализ структуры сообщества раковинных амеб после внесения нефти
показал, что увеличение численности Plagiopyxis, Centropyxis, Cyclopyxis
сопровождается уменьшением численности Corytion, Trinema, Hyalosphenia,
Nebela, что связано с конкуренцией за пищевой ресурс.
Для изучения скорости деградации нефти нами были определены
остаточные концентрации нефти на влажном и суходольном лугу (таблицы 1
и 2).
17
Таблица 1
Остаточная концентрация нефти на экспериментальных участках в
почвах суходольного луга
Вносимая
Остаточная концентрация нефти, г/кг
2
доза, кг/м
5-й день
30-й день
60-й день
90-й день
1
4.27 ± 1.09
0.87 ± 0.24 0.629 ± 0.16 0.38 ± 0.096
2.5
10.78 ± 2.69
5.1 ± 1.27
3.72 ± 0.93
2.33 ± 0.58
5
19.42 ± 4.85 10.65 ± 2.91 7.76 ± 2.06
4.87 ± 1.21
10
31.64 ± 7.91
20.4 ± 5.1
12.89 ± 3.57 10.17 ± 2.04
15
51.68 ± 10.6 38.41 ± 8.6 26.69 ± 6.17 14.98 ± 3.74
x ± mt – среднее ± доверительный интервал, при t > 0.95
Таблица 2
Остаточная концентрация нефти на экспериментальных участках в
почвах влажного луга
Вносимая
Остаточная концентрация нефти, г/кг
2
доза, кг/м
5-й день
30-й день
60-й день
90-й день
1
4.05 ± 0.87
7.65 ± 0.15
0.55 ± 0.13 0.33 ± 0.096
2.5
10.31 ± 2.22 4.46 ± 1.11
3.25 ± 0.81
2.05 ± 0.51
5
19.05 ± 4.48 9.32 ± 2.54
6.89 ± 1.8
4.26 ± 1.06
10
32.1 ± 8.37 17.85 ± 4.46 13.37 ± 3.12
8.9 ± 1.78
15
52.16 ± 9.98 33.61 ± 7.52 23.36 ± 5.4 12.77 ± 3.07
x ± mt – среднее ± доверительный интервал, при t > 0.95
Из анализа данных, представленных в таблицах 1 и 2, следует, что
деградация нефти происходит быстрее в почвах влажного луга. При внесении
дозы нефти 1 кг/м2 на 90-й день остаточная концентрация нефтепродуктов
уменьшается в 12 раз по отношению к 3-ему дню в почвах влажного луга,
тогда как в почвах суходольного луга – в 11 раз. При внесении дозы 15 кг/м2
на 90-й день остаточная концентрация нефтепродуктов уменьшается в 4 раза
по отношению к 3-ему дню в почвах влажного луга, тогда как в почвах
суходольного луга – в 3 раза. Сравнивая остаточные концентрации
нефтепродуктов в почвах суходольного и влажного лугов при одинаковых
дозах внесения, приходим к выводу, что в почвах влажного луга процессы
деградации нефти идут быстрее, чем в почвах суходольного луга.
Восстановление видового состава сообщества раковинных амеб на
загрязненных нефтью площадках начинается после внесения концентраций
50, 100 и 200 к/кг (рис. 11). Сравнивая данные, представленные на рисунках
10 и 11, с данными остаточной концентрации нефти (таблицы 1 и 2),
приходим к выводу, что восстановление видового состава тестацей на
площадках загрязненных нефтью начинается, после того, как остаточная
концентрация нефти находится в интервале от 3.72 до 7.76 г/кг. Данный
18
интервал, в нормативном документе «Порядок определения размеров ущерба
от загрязнения земель химическими веществами (1993)», классифицируется
как высокий и очень высокий уровень загрязнения почвы.
Результаты полевых исследований по влиянию нефтезагрязнения
на сообщество раковинных амеб и обсуждение. В облигатной зоне
загрязнения раковинные амебы исчезают практически полностью и
испытывают значительное угнетение (рис. 14).
Рис. 14. Изменение численности раковинных амеб в почвах Советского
месторождения
Анализ данных, представленных на рисунке 14, позволяет выявить
зависимость увеличения численности раковинных амеб с уменьшением
концентрации нефтепродуктов в верхнем 10 см слое почвы. Так, при
концентрации 174 г/кг нефтепродуктов в почвенном слое, количество
раковинных амеб составляет 625 ± 90 экз. Снижение концентрации
нефтепродуктов до 15,4 ± 6 г/кг, приводит к значительному повышению
численности раковинных амеб до 3750 ± 175 экземпляров. При концентрации
нефтепродуктов, равной 5 г/кг, количество раковинных амеб составляет 6325
± 150.
В результате полевых исследованиях отмечена исключительная
ограниченность видового и экологического разнообразия (рис. 15).
19
Рис. 15. Изменение видового разнообразия раковинных амеб при
различных остаточных концентрациях нефти
Анализ данных, представленных на рисунке 15, позволяет выявить
зависимость увеличения видового разнообразия раковинных амеб с
уменьшением концентрации нефтепродуктов. Так, при концентрации 174 г/кг
нефтепродуктов в почвенном слое, видовое разнообразие раковинных амеб
представлено всего двумя, наиболее распространенными и устойчивыми к
загрязнению видами: Heleopera petricola, Centropyxis orbicularis. Снижение
концентрации нефтепродуктов до 17,4 ± 6 г/кг, приводит к троекратному
увеличению видового разнообразия. К ранее перечисленным видам
добавляются Arcella discoides, Assulina muscorum, Cyclopyxis eurystoma и
Euglypha laevis. При концентрации нефтепродуктов, равной 5 г/кг число видов
увеличивается до десяти и включает Amphitrema, Arcella discoides, Assulina
muscorum, Corythion dubium, Centropyxis orbicularis, Cyclopyxis eurystoma,
Heleopera petricola, Trigonopyxis arcula, Euglypha laevis, Trinema lineare.
Восстановление видового состава сообщества раковинных амеб на
загрязненных нефтью площадках начинается, после того, как остаточная
концентрация нефти находится в интервале от 5 до 15 г/кг. Данный интервал,
в нормативном документе «Порядок определения размеров ущерба от
загрязнения земель химическими веществами (1993)», классифицируется как
очень высокий уровень загрязнения почвы.
ВЫВОДЫ
1. Нефть оказывает негативное воздействие на сообщество раковинных
амеб. При нефтезагрязнении наблюдаются колебания численности,
изменяются морфологические показатели, происходит изменение видового
разнообразия. Установлено, что наибольшая гибель тестацей происходит при
концентрации нефти 200 г/кг, тогда как низкие концентрации нефти (10, 20
г/кг) не оказывают существенного влияния на раковинных амеб.
2. Выявлены стадии изменения сообщества раковинных амеб при
разных дозах нефтезагрязнения. 1. Стадия устойчивой резистентности. 2.
Стадия уменьшения численности и снижения видового разнообразия. 3.
20
Стадия вымирания, при которой наблюдается практически полное
подавление роста и развития простейших.
3. В структуре сообщества раковинных амеб формируются группы
устойчивых и неустойчивых к нефтезагрязнению тестацей. Наиболее
устойчивыми к загрязнению нефтью являются представители родов
Plagiopyxis, Centropyxis, Cyclopyxis, так как их численность при внесении
нефти различной концентрации быстро восстанавливается. Менее
устойчивыми – Nebela, Hyalosphenia, Corytion, Trinema.
4. При равных дозах внесения нефти в биотопы с разным уровнем
влажности наиболее интенсивно восстановление численности раковинных
амеб происходит на более влажных участках.
5. Восстановление численности и видового состава происходит
параллельно снижению остаточной концентрации нефти в почве. Выявлены
остаточные концентрации нефти в почве, при которых начинается
восстановление численности раковинных амеб – от 3,72 до 7,76 г/кг.
6. Выявлено, что сезонная динамика численности сообщества
раковинных амеб в незагрязненной почве зависит от климатических условий.
Список работ, опубликованных по теме диссертации:
Публикации в изданиях, рекомендованных ВАК РФ:
1. Смолина Т. В. Влияние нефти на почвенных раковинных амеб
(ARCELLINIDA, EUGLIPHIDA) в условиях полевого эксперимента /
Карташев А. Г., Смолина Т. В. // Зоологический журнал. – 2008. – Т.
87. – № 9. – С. 1027-1033.
2. Смолина Т. В. Влияние нефтезагрязнений на надпочвенных
и почвенных беспозвоночных животных / Карташев А. Г.,
Черданцев А. Ю., Смолина Т. В. // Известия Томского
политехнического университета. – 2006. – Т. 309. – № 8. – С. 182-185.
3. Смолина Т. В. Влияние нефтяного загрязнения на популяцию
раковинных амёб / Карташев А. Г., Т. В. Смолина // Известия Томского
политехнического университета. – 2006. – Т. 309. – № 8. – С. 185-187.
Другие публикации:
1. Смолина Т. В. Изменение численности и видового разнообразия
раковинных амеб при разных концентрациях нефтяного загрязнения /
Карташев А. Г., Смолина Т. В. // Доклады ТУСУРа. – Томск, Изд-во
ТУСУРа, 2006. – Т. 13. – № 5. – С. 110-113.
2. Smolina T. Change of number and species diversity of testate amoebae in
places of oil extracting of Western Siberia / Kartashev A., Smolina T. //
International Symposium on Testate Amoebae. – Belgium, 2006. – P. 48.
3. Смолина Т. В. Изменение численности раковинных амеб в зависимости
от концентрации нефтезагрязнений / Карташев А.Г., Смолина Т. В. //
21
4.
5.
6.
7.
Сборник тезисов Х Международной Пущинской школы-конференции
молодых ученых. – Пущино, 2006. – С. 313.
Смолина Т. В. Изучение влияния нефти на раковинных амеб
(RHIZOPODA, TESTACEA) в условиях модельного полевого
эксперимента / Карташев А. Г., Смолина Т. В. // Материалы XIV
Международной научной конференции студентов, аспирантов и
молодых ученых «Ломоносов» [Электронный ресурс] – Москва, 2007.
Смолина Т. В. Разнообразие раковинных амеб в болотных почвах
Западной Сибири / Смолина Т. В. // Материалы Международной
молодежной научной конференции «Экология 2007». – Архангельск,
2007. – С. 214-215.
Смолина Т. В. Разнообразие раковинных амеб в болотных почвах
Томской области / Смолина Т. В. // Материалы Международной
научно-практической конференции «Экология биосистем: проблемы
изучения, индикации и прогнозирования». – Астрахань, 2007. –
C. 267-268.
Смолина Т. В. Сезонная динамика раковинных амеб в лесных
оподзоленных почвах Томской области / Смолина Т. В. // Материалы
докладов Всероссийской научно-технической конференции студентов,
аспирантов и молодых ученых «Научная сессия ТУСУР-2008». –
Томск, 2008. – С. 31-33.
22
23
Подписано в печать 09.10.09. Формат 60х84/16.
Офсетная печать. Бумага офсетная.
Печ. л. 1,0. Уч.-изд. л. 1,0.
Тираж 100 экз. Заказ № 968.
24