СТАТЬИ
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ МЕТОДА АЛЬГОИНДИКАЦИИ
В ДИАГНОСТИКЕ НЕФТЕЗАГРЯЗНЕННЫХ ТОРФЯНЫХ ПОЧВ к.б.н. Н. Зимонина
Современное нефтедобывающее производство является мощным фактором воздействия на природную среду. В системе методов экологического мониторинга хорошим тест-объектом могут стать почвенные водоросли. Водоросли как биоиндикаторы имеют ряд преимуществ перед другими микроорганизмами [4]: во-первых, они относительно легко идентифицируются до вида; во-вторых, они быстро реагируют на изменение почвенных условий; в третьих, фототрофы водоросли сходны с высшими растениями по реакции на состояние почвы; в-четвертых, культивирование водорослей отличается простотой и дешевизной. В использовании водорослей для индикации изменений, происходящих в почве под влиянием антропогенных факторов, выделяют два направления: 1) о характере и степени техногенного воздействия судят по структуре сообщества почвенных водорослей; 2) используют определенные виды водорослей в качестве тест-объектов в условиях лабораторного опыта. Экологическая опасность загрязнения почв нефтью увеличивается в направлении с юга на север в соответствии с ростом значения опадо-подстилочного коэффициента [1]. Особенно велика опасность нефтяного загрязнения для заболоченных и болотных почв с торфянистыми горизонтами. Поэтому целью наших исследований стало изучение особенностей и индикационных возможностей альгофлоры торфяных почв в условиях нефтяного загрязнения на Крайнем Севере. Исследования проводились в 1993-1997 гг. на территории Возейского нефтяного месторождения Усинского района Республики Коми, расположенного за Полярным кругом на границе южной лесотундры и подзоны крайнесеверной тайги. Для исследования выбраны нефтезагрязненные участки с ненарушенным (целостным) и механически поврежденным почвенно-растительным покровом. В качестве контрольных изучены ненарушенные техногенным воздействием глееподзолистая и болотно-подзолистая почвы водоразделов под характерными для района исследований растительными сообществами: ерник осоково-политриховый и еловое кустарничковое редколесье. Почвенно-альгологические сборы проводили общепринятыми методами с некоторыми модификациями [2, 5]. Для определения видового состава применяли прямое микроскопирование почвы и культуральные методы [5]. Доминирующие виды одноклеточных зеленых водорослей, идентификация которых вызывала затруднения, выделяли в альгологически чистые культуры. Численность водорослей определялась методом прямого счета, биомасса – объемно-расчетным методом. При сравнительном анализе альгофлор применялись математические методы, разработанные для конкретных флор высших растений [3]. Анализ экологической структуры альгогруппировок проведен в соответствии с понятием о жизненных формах водорослей (экобиоморф) [5]. Нефтезагрязненный участок с целостным почвенно-растительным покровом. Особенности преобразования альгогруппировок под влиянием нефти в условиях целостного почвенно-растительного покрова изучены на экспериментальных площадках с дозированным внесением нефти, заложенных в ернике осоково-политриховом. Пробы для альгологического анализа отобраны на площадках с дозами нефти 1.8 и 12 л/м2, а также на пирогенном участке елового редколесья. В нефтезагрязненных почвах с целостным растительным покровом обнаружено 15 видов водорослей. Почти 80 % обнаруженных в нефтезагрязненных почвах видов были встречены и в контрольных почвах. Специфических видов не выявлено. Загрязненную нефтью почву отличает от контрольной меньшее число видов и количество клеток водорослей, состав комплекса доминантов и экобиоморф (см. рисунок). По сравнению с контролем видовое разнообразие снизилось более чем в два раза (табл. 1). Внесение товарной нефти не изменило кислотность почв. Сильнокислая реакция нефтезагрязненных почв обусловливает господство приспособленных к перенесению неблагоприятных условий среды широко распространенных видов-убиквистов из зеленых, характерных для ненарушенных торфяных почв. Диатомовые исчезают полностью, желтозеленые представлены одним видом (табл. 1). Специфических видов не выявлено, коэффициент флористической общности с контрольными почвами колеблется в пределах 35-39 %. Доминантами альгогруппировок нефтезагрязненных почв становятся виды рода Chlamydomonas. Наименьшее видовое разнообразие водорослей выявлено на участке с дозой 12 л/м2, где альгогруппировка слагается исключительно одноклеточными зелеными водорослями. С уменьшением дозы загрязнителя состав сообществ пополняется нитчатыми зелеными из семейств Ulotrichaceae и Chaetophoraceae. На участке с дозой 1 л/м2 отмечен вид Pleurochloris magna. Появление одного из видов желтозеленых водорослей можно рассматривать как признак идущего процесса самоочищения почв. Зависимость количественных показателей от степени загрязнения нефтью наиболее четко прослеживается для верхних торфяных горизонтов исследованных почв. Количество клеток водорослей в слое 0-5(6) см при дозе 1 л/м2 колеблется в пределах 3-17 тыс. клеток в 1 г почвы, биомасса – 0.1-0.7 г/м2; при дозе 8 л/м2 численность колеблется в пределах 1.9-12.0 тыс. клеток в 1 г почвы, биомасса – 0.09-0.20 г/м2; при дозе 12.0 л/м2 – в пределах неучитываемых методом величин: до 1.6 тыс. клеток в 1 г почвы, биомасса – 0.03 г/м2. Исследование вертикального распределения водорослей показало отсутствие максимального видового разнообразия водорослей в верхних горизонтах почв при дозах загрязнения 8 и 12 л/м2, поскольку этот слой выполняет роль сорбционного барьера, то есть горизонта с максимальной концентрацией нефтяных битумоидов, отношение C/N здесь составило 98/1 и 115/1, увеличившись почти в два и более раза по сравнению с контролем – 46/1. Отмечено совпадение по горизонтам минимального видового разнообразия водорослей при максимальном значении соотношения C/N. Спектр экобиоморф отличает ведущее положение Ch-формы, наблюдается исчезновение амфибиальных и гидрофильных видов (см. рисунок). Нарушенный почвенно-растительный покров. Альгогруппировки механически нарушенных нефтезагрязненных экотопов рассмотрены на нарушенных участках ерника осоково-политрихового и крупнобугристого торфяника. Реакция альгогруппировок на нефтяное загрязнение наряду с множеством других факторов (тип почвы, условия увлажнения, концентрация и состав загрязнителей) зависит от наличия и состояния почвенно-растительного покрова. На участке ерника осоково-политрихового с нарушенным мохово-торфянистым горизонтом в присутствии загрязнителя (нефти) в количестве, не препятствующем вегетации водорослей (содержание Сорг. = 2.44 %; C/N = 23/1), общее число видов увеличивается до 41 по сравнению с контролем (табл. 1). Разреженный растительный покров, наличие пятен голого грунта и слабокислая реакция среды (рН 6) способствуют развитию синезеленых водорослей. Все они (за исключением Anabaena verrucosa) в контрольных почвах ерника обнаружены не были и для участка являются специфическими. В экотопе интенсивно развиваются гетероцистные виды синезеленых. Входящий в состав доминантов Nostoc punctiforte создает до 88 % численности водорослей. В связи с углеводородным загрязнением из состава сообщества исчезают желтозеленые и более чувствительные по сравнению с эдафофильными характерные для ненарушенных почв гидрофильные виды диатомовых. Переувлажненность участка индицируют устойчивые к нефтяному загрязнению влаголюбивые виды синезеленых: Gloeocapsa minuta, зеленых: Scotiellopsis oocystiformis, Monoraphidium sp., Planophila communis. Спектр жизненных форм водорослей в нарушенных экотопах отличается от такового на контрольном участке и характеризуется преобладанием С- и Р-жизненных форм (см. рисунок). Численность водорослей колебалась в пределах 35-297 тыс. клеток в 1 г почвы. В связи со значительной техногенной преобразованностью экотопа альгогруппировка участка сильно отличается от сообщества водорослей контрольных почв, коэффициент флористической общности равен 38 %. Крупнобугристый торфяник. На севере Усинского района широко распространены крупнобугристые торфяники. В процессе разбуривания они подвергаются интенсивному механическому разрушению и химическому загрязнению. На нарушенных торфяниках были исследованы чистые незагрязненные нефтью участки, зарастающие многолетними травами (вейниково-ожиковая группировка) и мхами, а также разновозрастные загрязненные нефтью участки, которые приурочены к лишенным высших растений нижним частям склонов котлованов-отстойников. В зарастании нарушенных торфяников главную роль играют зеленые водоросли (табл. 1), всего на незагрязненных участках обнаружено 30 видов водорослей, в том числе: синезеленые – 6 (20 %), зеленые – 18 (60 %), желтозеленые – 3 (10 %) и диатомовые – 3 (10 %). Численность водорослей на участках колеблется в пределах 148-360 тыс. клеток на 1 г почвы. Численность в основном создает зеленая нитчатка Chlorhormidium flaccidum (40-78 % общего числа клеток). Нефтяное загрязнение резко снизило число видов водорослей, способных осваивать данные экотопы. В пропитанных нефтью пробах торфа (Сорг. = 35.5; 40.2 %) обнаружено всего шесть видов (табл. 1): синезеленые и зеленые по три вида соответственно. Массового развития достигает гетероцистный вид Anabaena sp. (отмечены спороносные стадии). Из зеленых отмечены Chlamydomonas moewusii, Ch. lobulata и Chlorhormidium flaccidum. Учитывая разновозрастность нефтезагрязненных участков, можно предположить, что заселение нефтезагрязненных торфяников начинается зелеными водорослями. Появление и массовое развитие синезеленых, особенно гетероцистных форм, связано с дальнейшим ходом сукцессии, характер которой определяет присутствие нефтяного загрязнения. Пирогенный участок. На нефтепромыслах Республики Коми одним из распространенных способов ликвидации нефтяных разливов является сжигание нефти. Исследования проводили на нарушенном участке елового редколесья. Выжигание нефти отрицательно влияет на почвенные водоросли. Альгофлора пирогенного участка отличается от алгофлоры контрольной почвы значительно меньшим разнообразием видов водорослей (табл. 1), увеличением роли Ch- и С-форм. Численность на участке создают исключительно зеленые водоросли. Среднее количество водорослей в поверхностном слое составляет 8 тыс. клеток в 1 г почвы. Доминантами являются Plectonema nostocorum, Bracteacoccus minor, Pseudococcomyxa simplex. Из-за сухости и токсичности верхних горизонтов меняется по сравнению с контролем характер распространения водорослей в вертикальном профиле почв с максимумом видового разнообразия на глубине 10-15 см в погребенном под техногенным наносом слое. Выводы. В техногенно преобразованных экотопах Возея выявлены разнообразные определенного состава и структуры альгогруппировки, отличающиеся от таковых ненарушенных почв. Реакция водорослей на нефтяное загрязнение в условиях целостного и нарушенного почвенно-растительного покрова различна. На механически нарушенных нефтезагрязненных участках видовое разнообразие может увеличиваться с появлением специфических видов (66 % видового разнообразия), которые не встречены на фоновых участках. Этот вклад вносят преимущественно синезеленые водоросли (34 % общего числа видов и 48 % – специфических видов). Механически нарушенный и нефтезагрязненный участок, в противоположность его незагрязненным аналогам, богат гетероцистными синезелеными из Nostocaceae при отсутствии желтозеленых. В спектре экобиоморф господствуют С- и Р-жизненные формы. Используя метод обработки флористических списков по Браун-Бланке, нами сделана попытка выделить виды и группы видов, диагностирующие те или иные техногенные нарушения (табл. 2). Литература 1. Глазовская М.А. Теория геохимии ландшафтов в приложении к изучению техногенных потоков рассеяния и анализу способности природных систем к самоочищению // Техногенные потоки вещества в ландшафтах и состояние экосистем. М.: Наука, 1981. С. 7-41. 2. Зимонина Н.М. Использование метода альгоиндикации в диагностике почв, нарушенных при нефтедобыче. Киров, 1988. 17 с. 3. Шмидт В.М. Математические методы в ботанике. Л.: Изд-во ЛГУ, 1984. 288 с. 4. Штина Э.А. Почвенные водоросли как экологические индикаторы // Ботан. журн., 1990. Т. 75, № 1. С. 441-453. 5. Штина Э.А., Галлербах М.М. Экология почвенных водорослей. М.: Наука, 1976. 143 с. v
Логотип -
Начало -
Общие
сведения -
Структура -
Научная деятельность 3321 посещений с 03.12.2002 |