Влияние низких уровней нефтезагрязнения почвы на активность оксидоредуктаз

nus sylvestris L) Восточно-Сибирского таежно-мерзлотного района. В Западно-Сибирском среднетаежноравнинном районе влияние бонитета на соотношение диаметров незначительно (отклонение линий до 7%). Таким образом, при оценке формы нижней части деревьев необходимо учитывать качество условий

местопроизрастания (класса роста), а также район исследований.

Литература

1. Орлов М.М. Лесная таксация. - 3-е изд. - Л.: Лесн. хоз-во и лесн. пром-сть, 1929. - 530 с.

2. Тюрин А.В. Таксация леса: учеб. для вузов. - М.: Гослестехиздат, 1945. - 375 с.

3. Анучин Н.П. Лесная таксация. - М.: Лесн. пром-сть, 1982. - 550 с.

4. Воропанов П.В. Физиологическое обоснование общебонитировочной шкалы насаждений, составленной профессором М.М. Орловым // Лесная таксация и лесоустройство: межвуз. сб. науч. тр. - Красноярск: КПИ, 1980. - С. 6-19.

5. Загреев В.В., Брук Б.Л., Загреева А.И. Единые бонитировочные шкалы для оценки продуктивности сосновых и еловых древостоев // Современное лесоустройство и таксация леса: сб. науч. тр. - М., 1974. - С. 126-157.

6. Третьяков Н.В., Горский П.В., Самойлович Г.Г. Справочник таксатора. - Л.: Гослесбумиздат, 1952. -852 с.

7. Об утверждении перечня лесорастительных зон и лесных районов Российской Федерации // Пр. МПР РФ от 28 марта 2007 г. № 68.

8. Вайс А.А. Нормативы для восстановления срубленных запасов сосновых древостоев (Pinus sylvestris L.) в условиях Средней Сибири // Вестн. КрасГАУ. - 2009. - № 11. - С. 136-140.

9. Загреев В.В. Географические закономерности роста и продуктивности древостоев. - М.: Лесн. пром-сть, 1978. - 240 с.

УДК 574.24:581.19 В.И. Полонский, И.Ю. Борцова,

Д.Е. Полонская, Т.С. Бородулина

ВЛИЯНИЕ НИЗКИХ УРОВНЕЙ НЕФТЕЗАГРЯЗНЕНИЯ ПОЧВЫ НА АКТИВНОСТЬ ОКСИДОРЕДУКТАЗ

В статье представлены результаты вегетационных опытов, доказывающих что при нефтезаг-рязнении почвы на уровне 0,3-1 г/кг активность пероксидазы снижается, а активность полифенолокси-дазы не изменяется. При содержании нефти в почве около 6 г/кг найдена существенная стимуляция активности обеих оксидоредуктаз. Данная закономерность отмечена как в опытах без растений, так и в случае выращивания пшеницы.

Ключевые слова: нефть, почва, растения пшеницы, ферменты, пероксидаза, полифенолоксидаза.

V.I. Polonsky, I.Yu. Bortsova, D.E. Polonskaya, T.S. Borodulina

INFLUENCE OF THE SOIL PETROPOLLUTION LOW LEVELS ON THE OXIDOREDUCTASE ACTIVITY

The vegetative test results which prove that peroxidase activity decreases but polyphenol oxidase activity doesn't change in the process of soil petropollution at the level of 0,3-1 g/kg are given in the article. Essential activity stimulation of both oxidoreductases is found when oil availability in soil is about 6 g/kg. The given law is emphasized both in tests without plants, and in case of wheat cultivation.

Kew words: oil, soil, wheat plants, enzymes, peroxidase, polyphenol oxidase.

Нефть и нефтепродукты относятся к наиболее распространенным поллютантам природной среды, вызывая существенные изменения в химическом составе, свойствах и структуре почвы [7]. Одними авторами показано, что загрязнение почвы нефтью и нефтепродуктами в большинстве случаев ингибирует активность почвенных ферментов. Это объясняется различными причинами: обволакиванием почвенных частиц

нефтяными углеводородами, что препятствует как взаимодействию ферментов с субстратом [9], так и иммобилизации ферментов на их носителях, например, на гумусовых кислотах [14]; содержанием в нефти тяжелых металлов, которые оказывают прямое ингибирующее действие на ферменты, изменяя их сродство к субстрату, а также способны переводить ферменты из сорбированного на гранулах почвы в водорастворимое состояние, что уменьшает скорость реакций; присутствием ароматических углеводородов, в частности, фенолов; воздействием окисленных продуктов некоторых углеводородов, таких, как гексадециловый спирт, которые оказывают токсическое воздействие на активность ферментов [8-9].

В работах других авторов найдено, что при поступлении нефти в почву активность ферментов может усиливаться [16].

В работе С.И. Колесникова с соавторами [11] показано, что при нефтяном загрязнении изменяются окислительно-восстановительные условия в почве в сторону восстановительных, при этом наиболее чувствительными к изменению среды являются оксидоредуктазы. Известно, что пероксидаза и полифенолоксидаза относятся к оксидоредуктазам, которые рекомендуется использовать при биологическом мониторинге и диагностике экологических последствий нефтяного загрязнения почв, поскольку данные ферменты являются более чувствительными к рассматриваемому виду антропогенного воздействия, более информативными и менее варьирующими по сравнению с другими показателями биологической активности [11].

Влияние нефти, особенно низких концентраций, на ферментативную активность почвы в литературе изучено недостаточно.

Цель исследований. Изучение воздействия низкого уровня нефтезагрязнения почвы на активность оксидоредуктаз.

Методика исследований. При проведении вегетационного опыта почву очищали от растительных остатков и корней и заполняли ею вегетационные сосуды емкостью 3 л. Характеристика почвы, определенная по известным методикам [1-2], приведена в табл. 1. На поверхность почвы вносили эмульсию нефти в воде в концентрациях 0 (контроль); 0,3; 1; 3; 6 г/кг и высевали пророщенные семена пшеницы сорта Новосибирская 29. В каждом сосуде находилось по 10 растений. Повторность трехкратная.

Таблица 1

Характеристика почвы, используемой в вегетационных сосудах при проведении экспериментов

Величина РН вод, ед. Содержание гумуса, % Гранулометрический состав, %

Пыль Песок Ил

крупная средняя мелкая средний мелкий

5,8 9,6 32,2 14,0 13,4 0,6 1,8 38,0

Растения выращивали в остекленной теплице в течение 40 суток при средней температуре воздуха 23°С. С помощью периодического взвешивания вегетационных сосудов влажность почвы в них поддерживали на уровне 60 % от полной влагоемкости [5]. Параллельно в опытах использовались сосуды с почвой с аналогичными концентрациями нефти, но без растений. После завершения опытов в пробах почвы проводили определение активности ферментов.

Для измерения активности пероксидазы (ПО) и полифенолоксидазы (ПФО) использовали образцы почвы массой 5 г. Активность этих ферментов определяли по реакции с пирогаллолом [6]. Повторность определения трехкратная.

Результаты исследований и их обсуждение. Как видно из данных измерения активности ферментов, представленных в табл. 2, активность ПО при внесении нефти в концентрации 0,3 г/кг почвы снижалась в 2-2,5 раза, а при повышении содержания поллютанта, начиная с 1 г/кг, возрастала как в сосудах с растениями, так и без них. При этих двух концентрациях поллютанта активность ПО относительно контроля была ниже. При уровне нефти в почве 6 г/кг значения активности ПО были практически равными в опытах с растениями и без них и достигали соответственно 0,062 и 0,068 мг пурпурогаллина на 5 г почвы за 30 мин, превышая значение для контрольного варианта в среднем в 1,5 раза. Подчеркнем, что рост активности ПО наблюдался как в опытах с растениями, так и без них.

Таблица 2

Активность почвенных ферментов при однократном внесении различных количеств нефти в почву

Объект Концентрация нефти, г/кг Активность ПО, мг пур-пурогаллина на 5 г почвы за 30 мин Активность ПФО мг пурпурогаллина на 5 г почвы за 30 мин Коэффициент корреляции между активностью ПО и ПФО

Почва из сосудов с пшеницей 0 0,040±0,001* в 0,011±0,001 а** г = 0,508 t = 1,02, p>0,05

0,3 0,015±0,001 а 0,014±0,001 а

1,0 0,027±0,001 б 0,012±0,001 а

3,0 0,038±0,001 в 0,040±0,001 в

6,0 0,062±0,001 г 0,030±0,001 б

Почва из сосудов без растений 0 0,054±0,001 в 0,023±0,002 а г = 0,832 t = 2,6, p>0,05

0,3 0,021±0,001 а 0,019±0,001 а

1,0 0,030±0,001 б 0,021±0,001 а

3,0 0,052±0,001 в 0,040±0,001 б

6,0 0,068±0,001 г 0,060±0,002 в

* - стандартное отклонение; ** - значения с разными буквами различаются существенно между вариантами опыта в пределах одного объекта при Р<0,05.

Эти факты косвенно свидетельствуют о существенной роли микроорганизмов в процессе трансформации нефти и о том, что изменение активности ПО было связано с перестройкой в почвенном микробном ценозе. Последнее является ответной реакцией микробного сообщества на различные концентрации нефти. При этом, начиная с концентрации нефти 6 г/кг почвы, активность ПО была, главным образом, обусловлена деятельностью микроорганизмов, а не растений.

В литературе показано, что растения, выращиваемые на антропогенно загрязненных почвах, способны непосредственно участвовать в повышении активности почвенной ПО, выделяя в среду оксидоредуктазы [18] или повышая активность ферментов в тонких корнях [17].

В опытных вариантах с растениями при концентрациях нефти в почве, равных 0,3, 1,0 и 6,0 г/кг, отмечалось снижение активности ПФО в 1,5-2 раза по сравнению с вариантами без растений. Поскольку активность ПФО определяется наличием субстрата в почве и связана далее с процессами гумификации, то данный факт снижения активности ПФО может свидетельствовать о том, что соединения, образовавшиеся при микробном разложении нефти, либо ассимилировались растениями, либо были иммобилизованы микроорганизмами.

Как отмечено в литературе [13], при концентрации нефти в почве, соответствующей 1 г/кг, общая численность почвенных микроорганизмов, учитываемая на среде Чапека, в вариантах без растений была в три раза выше по сравнению с вариантами, включающими растения пшеницы. Авторами показано статистически значимое изменение структуры микробных комплексов при нефтезагрязнении почвы "с растениями" и "без растений". Кроме того, найдено прогрессирующее с ростом концентрации нефти угнетение роста листовой поверхности и снижение надземной части биомассы растений пшеницы [4].

При двух самых высоких концентрациях нефти в почве активность ПФО превышала контрольный уровень в 2-4 раза. В литературе показано, что активность ферментов загрязненных почв может превышать таковую для незагрязненных. В частности, в опытах с внесением в почву фенантрена [20] или нефтепродуктов [19] была найдена стимуляция активности ПФО. Повышение активности ферментов при нефтезагрязне-нии почвы может быть связано не только с появлением субстрата для данных ферментов в результате разложения углеводородов, но и с результатом прохождения различных биохимических реакций окисления органических веществ (органические кислоты, спирты, гуминовые кислоты), субстратов дегидрирования. По данным исследования Н.А. Киреевой с соавторами [10], через 3 суток после внесения в почву небольших доз нефти активность пероксидазы по сравнению с активностью в контроле активизировалась. По мнению авторов, возможно это связано с тем, что пероксидаза мало специфична по отношению к катализируемой реакции и может использовать в качестве окисляющего агента не только Н2О2, но и органические перекиси и молекулярный кислород.

Между активностью ПО и активностью ПФО, измеренными при различных концентрациях поллютанта, была отмечена средняя и сильная, но недостоверная корреляционная связь (табл. 2). При этом суммарно

для двух вариантов опытов с растениями и без растений коэффициент корреляции между активностью ПО и ПФО составил достоверную величину r = 0,715±0,173, t = 4,13, p < 0,01.

Обычно в почве временной ход активности ПО и ПФО имеет противоположную направленность [3]. По-видимому в наших опытах при низких концентрациях нефти в почве поллютант использовался микроорганизмами как субстрат, и оба фермента участвовали в его деградации. В пользу этого предположения может свидетельствовать факт более низкой активности обоих ферментов в опытах с растениями, чем в вариантах без растений.

На основании продемонстрированной в литературе сильной отрицательной корреляции между активностью почвенной ПО и численностью микроскопических грибов [3] можно предположить следующее. Найденная в нашей работе различная активность оксидоредуктаз в условиях разной концентрации нефти в почве обусловлена соответствующей ответной реакцией почвенного микробоценоза - изменением численности микроорганизмов в ответ на различные уровни загрязнения среды.

Выводы

1. Низкие концентрации нефти в почве (1-3 ПДК) по сравнению с контролем снижали активность ПО и не влияли на активность ПФО. При повышении содержания загрязнителя до 20 ПДК отмечена стимуляция активности обеих оксидоредуктаз.

2. Найдена положительная корреляционная связь между активностью ПО и ПФО при различных концентрациях нефти в почве.

3. Активность почвенных оксидоредуктаз в вариантах с растениями ниже, чем их активность в вариантах без растений.

Литература

1. Агрохимические методы исследования почв / под ред. А.В. Соколова. - М.: Наука, 1975. - 656 с.

2. Аринушкина Е.В. Руководство по химическому анализу почв. - М.: Изд-во МГУ, 1970. - 487 с.

3. Агроэкосистемы пригородной зоны города Красноярска / И.В. Боер, И.Ю. Борцова, А.В. Коломейцев [и др.]; под ред. Д.Е. Полонской. - Красноярск: Изд-во КрасГАУ, 2010. - 191 с.

4. Бородулина Т.С., Полонский В.И. Влияние нефтезагрязнения почвы на физиологические характеристики растений пшеницы // Вестн. КрасГАУ. - 2010. - № 5. - С. 50-55.

5. ЖурбицкийЗ.И. Теория и практика вегетационного метода. - М.: Наука, 1968. - 260 с.

6. ЗвягинцевД.Г. Методы почвенной микробиологии и биохимии. - М.: Изд-во МГУ, 1991. - 302 с.

7. Илларионов С.А. Экологические аспекты восстановления нефтезагрязненных почв. - Екатеринбург: УрО РАН, 2004. - 194 с.

8. Исмаилов Н.М. Влияние нефтяного загрязнения на круговорот азота в почве // Микробиология. - 1983.

- Т. 52. - № 6. - С. 1003-1007.

9. Киреева Н.А., Новоселова Е.И., Хазиев Ф.Х. Активность карбогидраз в нефтезагрязненных почвах // Почвоведение. - 1998. - № 12. - С. 1444-1448.

10. Киреева Н.А., Новоселова Е.И., Онегова Т.С. Активность каталазы и дегидрогеназы в почвах загрязненных нефтью и нефтепродуктами // Агрохимия. - 2002. - № 8. - С. 64-72.

11. Колесников С.И., Татосян М.Л., Азнаурьян Д.К. Изменение ферментативной активности чернозема обыкновенного при загрязнении нефтью и нефтепродуктами в модельных экспериментах // Докл. РАСХН. -2007. - № 5. - С. 32-34.

12. Проблемы диагностики и нормирования загрязнения почв нефтью и нефтепродуктами / Ю.И. Пиков-ский, А.Н. Геннадиев, С.С. Чернянский [и др.] // Почвоведение. - 2003. - № 9. - С. 1132-1140.

13. Влияние уровня нефтезагрязнения на состав почвенных микроорганизмов / Д.Е. Полонская, С.В. Хиж-

няк, В.И. Полонский [и др.] // Вестн. КрасГАУ. - 2011. - № 7 (в печати).

14. Тульская Е.М., Звягинцев Д.Г. Специфика иммобилизованных ферментов почв // Экологическая роль

микробных метаболитов. - М.: Изд-во МГУ, 1986. - С. 5-28.

15. Хазиев Ф.Х., Фатхиев Ф.Ф. Изменение биохимических процессов в почвах при нефтяном загрязнении и активация разложения нефти // Агрохимия. - 1981. - № 10. - С. 102-111.

16. Baran S., Bielinska J., Oleszczuk P. Enzymatic activity» in an airfield soil polluted with polycyclic aromatic hydrocarbons // Geoderma. - 2004. - Vol. 118. - N 3-4. - P. 221-232.

17. Urban polluted forest soils» induce elevated root peroxidase activity in Scots pine (Pinus sylvestris L.) seedlings / A.M. Markkola, O. Tarvainen, U. Ahonen-Jonnarth [et al.] //Environmental Pollution. - 2002. - Vol. 116.

- N 2. - P. 273-278.

ent microorganisms / J. Tang, R. Wang, X. Niu [et al.] // Soil and Tillage Research. - 2010. - Vol. 110. - N 1.

- P. 87-93.

20. Interactive effect of dissolved organic matter and phenanthrene on soil enzymatic activities / X. Zhan, W. Wu, L. Zhou [et al.] // Journal of Environmental Sciences. - 2010. - Vol. 22. - N 4. - P. 607-614.

---------♦-------------

УДК 630*266 Г.С. Вараксин, А.И. Лобанов, О.Г. Шангова, С.Г. Вараксина

УСТОЙЧИВОСТЬ ЛЕСНЫХ ПОЛОС НА ПАХОТНЫХ ЗЕМЛЯХ В СТЕПНЫХ УСЛОВИЯХ РЕСПУБЛИКИ ТЫВА

Исследованиями авторов статьи установлено, что вяз приземистый может быть использован для создания новых систем лесных полос на пахотных землях в степных и сухостепных условиях Республики Тыва. Применение тополей в полезащитных лесных полосах рекомендуется только на орошаемых землях или на богарных землях с близким залеганием грунтовых вод. Рекомендуется испытание в лесных полосах дуба черешчатого, дуба монгольского и лиственницы Сукачева.

Ключевые слова: устойчивость, лесные полосы, тополь, вяз, сохранность растений.

G.S. Varaksin, A.I. Lobanov, O.G. Shangova, S.G. Varaksina FOREST BELT STABILITY ON THE ARABLE LANDS IN THE TYVA REPUBLIC STEPPE CODITIONS

It is determined by the authors’ research that the Ulmus pumila can be used for the forest belt new system creation on the arable lands in the Republic Tyva steppe and dry steppe conditions. Poplar application in the field-protecting forest belts is recommended only on the irrigated or bogharic lands with close reservoir of ground waters. Quercus pedunculata, Quercus mongolica and Larix Sukaczevii are recommended to be tested in the forest belts.

Key words: stability, forest belts, poplar, elm, plant conservation.

Введение. Ухудшение окружающей среды, связанное с деградацией и опустыниванием земель, является глобальным явлением современности, касающимся большинства стран мира. В связи с этим международные организации (ФАО, ЮНЕП, ИКРАФ) уделяют большое внимание мероприятиям по борьбе с этим опасным явлением. Среди мероприятий важнейшее место отводится агролесомелиорации и защитному лесоразведению.

В соответствии с Федеральной программой развития агролесомелиоративных работ в России площадь искусственных защитных лесонасаждений на землях сельскохозяйственного назначения должна быть доведена к 2015 г. до научно обоснованной величины - 6,02 млн га, в том числе 2,75 полезащитных, 1,97 овражно-балочных, 0,78 пастбищезащитных, 0,56 млн га на песках и 0,95 млн га вокруг населенных пунктов, прудов, естественных водоемов и вдоль малых рек [7].

В Республике Тыва полезащитные лесные полосы на пахотных землях начали создаваться в шестидесятые годы прошлого столетия. При их создании в качестве главных древесных пород чаще всего использовались быстрорастущие тополя - бальзамический (Populus balsamífera 1_.), лавролистный (Populus 1аипМа Ledeb.) и вяз приземистый (Ulmus ритНа 1_.) [2-4]. Полосы произрастают в основном на каштановых легкосуглинистых, темно-каштановых среднесуглинистых и перевеянных развитых супесчаных почвах. Климат