Хроническое влияние нефти на сообщества инфузорий в торфянистых глеевых песчаных почвах

Состояние сообществ почвенных беспозвоночных при нефтезаг- рязнениях изменяется в зависимости от типа почв. Устойчивость беспозвоночных варьируется в широких пределах [Гельцер, 1991]. Сравнительный анализ данных, полученных в модельных опытах с загрязнением торфянистых глеевых песчанных почв нефтью при концентрации 20 г/кг и 100 г/кг, показал, что изменение численности почвенных инфузорий наблюдается в первые дни после внесения нефти.

На рисунке 35 видно, что влияние на численность цилиат оказывает концентрация нефти 20 г/кг. Снижение численности почвенных инфузорий происходит постепенно и достигает минимальных значений в августе и сентябре. При концентрации нефти 100 г/кг снижение численности инфузорий выражено в большей степени и аналогично таковому в светло-серых лесных почвах (см. рисунок 22).

Рисунок 35. Численность почвенных инфузорий в зависимости от концентрации нефти в торфянистых глеевых песчанных почвах, 2014 г.

Анализ данных, представленных на рисунке 36, позволяет заметить повышение численности инфузорий на экспериментальном участке с концентрацией внесения нефти 20 г/кг и остаточной концентрацией в почве 0,29 г/кг. На опытном участке с концентрацией внесения нефти 100 г/кг и остаточной концентрацией 0,38 г/кг почвы происходит аналогичное постепенное восстановление численности инфузорий. Необходимо отметить, что темпы восстановления численности инфузорий не соответствуют уровням снижения концентрации нефти, что, вероятно, обусловлено остаточной токсичностью загрязнений (таблица 28).

Рисунок 36. Численности почвенных инфузорий в восстановительный период в торфянистых глеевых песчанных почвах, 2015 год

Из таблицы 28 следует, что концентрация нефти через год снизилась. Далее проведем анализ экспериментальных данных, полученных для четырех видов инфузорий: Chilodonella cucullus, Colpoda maupasi, Glaucoma pyriformis и Paramecium aurelia.

Таблица 28. Остаточная концентрация нефти на экспериментальных участках в торфянистых глеевых песчаных почвах

Как видно на рисунке 37, при действии нефти происходит нарушение сезонных динамик численности почвенных инфузорий. Это выражается в увеличении колебательных изменений в осенний период и сглаживании летних подъемов численности инфузорий. Снижение численности инфузорий в течение периода наблюдений наиболее выражено при концентрации нефти 100 г/кг. Ароматические углеводороды, находясь в почве, оказывают токсическое действие на живые организмы [Соколов, 1970].

Рисунок 37. Численность инфузорий вида Chilodonella cucullus в торфянистых подзолистых глеевых песчаных почвах горизонта АОт в зависимости от интенсивности нефтезагрязнений, 2014 г.

Представленные изменения численности вида Chilodonella cucullus через год после нефтезагрязнения (рисунок 38) показывают восстановление его сезонной изменчивости. Так, повышение численности простейших наблюдается с середины мая 2015 года на опытном участке с концентрацией нефти 0,29 г/кг, что соответствует концентрации внесенной нефти в 2014 г. 20 г/кг. Менее выраженное повышение численности почвенных инфузорий происходит на участке с концентрацией 0,38 г/кг при внесении нефти с концентрацией 100 г/кг. Повышение численности цилиат в экспериментальных участках может свидетельствовать об активной микробиологической деятельности почвенных микроорганизмов, входящих в пищевой рацион инфузорий [Ильин, 1982].

Аналогичное нарушение сезонных динамик численности наблюдается у вида Colpoda maupasi (рисунок 39). Происходит сглаживание сезонных динамик численности в опытной группе почвенных инфузорий. Снижение численности инфузорий наиболее выражено при концентрации нефти 100 г/кг.

Рисунок 38. Сезонная динамика численности инфузорий вида Chilodonella cucullus в торфянистых подзолистых глеевых песчаных почвах в восстановительный период, горизонт АОт, 2015 г.

Рисунок 39. Сезонная динамика численности инфузорий вида Colpoda maupasi в торфянистых подзолистых глеевых песчаных почвах горизонта АОт в зависимости от интенсивности нефтезагрязнений, 2014 г.

Рассматривая восстановительный период летне-осеннего сезона (рисунок 40), необходимо отметить синхронизацию сезонных динамик численности инфузорий вида Colpoda maupasi в опытных и контрольных участках. Численность инфузорий в нефтезагрязненных участках повышается, что свидетельствует о снижении токсичности нефти и росте микробиологической активности.

Для вида Glaucoma pyriformis (рисунок 41) характерно выраженное снижение численности инфузорий начиная с конца мая под влиянием нефти. В период наблюдения с конца июля до середины августа происходит увеличение численности инфузорий, что связано с повышением температуры и уровнем влажности [Никитина, 2011]. Наблюдается десинхронизация сезонных динамик численности в опытных группах инфузорий относительно контрольной группы. Исследуемые популяции находятся в угнетенном состоянии при воздействии нефти.

Рисунок 40. Сезонная динамика численности инфузорий вида Colpoda maupasi в торфянистых подзолистых глеевых песчаных почвах горизонта АОт в восстановительный период, 2015 г.

При сравнительном анализе контрольного участка и участков, загрязненных нефтью с концентрацией 20 г/кг и 100 г/кг, через год после внесения токсиканта (рисунок 42) можно сделать вывод о том, что численность инфузорий вида Glaucoma pyriformis увеличилась по сравнению с 2014 годом.

Рисунок 41.Сезонная динамика численности инфузорий вида Glaucoma pyriformis в торфянистых подзолистых глеевых песчаных почвах горизонта АОт в зависимости от интенсивности нефтезагрязнений, 2014 г.

Рисунок 42. Сезонная динамика численности инфузорий вида Glaucoma pyriformis в торфянистых подзолистых глеевых песчаных почвах горизонта АОт в восстановительный период, 2015 г.

На протяжении месяца, с начала мая до июня, наблюдается повышение численности почвенных инфузорий, а затем снижение до конца августа. Происходит восстановление сезонных динамик численности особей этого вида. Рост численности инфузорий можно объяснить стимулирующим воздействием нефти в низких концентрациях на углеводородокисляющие микроорганизмы [Киреева, 1994].

По данным В.П. Серединой с соавторами (2002), под влиянием нефти с первых дней ингибируется жизнедеятельность микроорганизмов, осуществляющих разложение азотосодержащих соединений в почве, и восстанавливается в течение трех месяцев после загрязнения.

Низкая численность в нефтезагрязненных почвах характерна для вида Paramecium aurelia (рисунок 43). Существенно изменяется сезонная динамика численности инфузорий. Происходит значительное снижение численности — с 4 до 1 тыс. экз./кг, с минимальным количеством инфузорий в весенний и осенний периоды наблюдений.

Рисунок 43. Сезонная динамика изменений численности инфузорий вида Paramecium aurelia в торфянистых подзолистых глеевых песчаных почвах горизонта АОт в зависимости от интенсивности нефтезагрязнений, 2014 г.

Такое состояние популяции при действии нефти можно охарактеризовать как депрессивное. Незначительные колебания численности инфузорий наблюдаются с 51-х по 64-е сутки (июль), что, вероятно, связано с повышением температуры и уровня влажности верхних слоев почвы [Lynn, 2008]. Токсическое влияние растворов органического происхождения (фенолы, нефтепродукты, нитраты) на инфузорий исследовали Л.И. Никитина и соавт. (2011). Они пришли к выводу, что высокие концентрации токсических веществ приводят к гибели значительного числа цилиат, к низким значениям концентрации токсических веществ инфузории адаптируются.

Из анализа данных, представленных на рисунке 44, видно, что по сравнению с 2014 годом сезонная динамика численности инфузорий вида Paramecium aurelia синхронизирована в опытных и контрольных участках. Численность рассматриваемого вида через год после внесения поллютанта ниже. Наблюдается адаптация вида Paramecium aurelia к нефтезагрязнению на относительно низком уровне численности особей. Формирование адаптивных комплексов у инфузорий видов Holophrya hexatricha, Holophrya simplex, Colpoda cucullus, Colpoda steini, Colpoda maupasi и др. под влиянием нефтепродуктов отмечали Л.И. Никитина и соавт. (2011).

Рисунок 44. Сезонная динамика численности инфузорий вида Paramecium aurelia в торфянистых подзолистых глеевых песчаных почвах горизонта АОт в восстановительный период, 2015 г.

Следовательно, на основании проведенных исследований можно считать, что наиболее устойчивыми к нефтезагрязнениям в сообществе почвенных инфузорий являются виды Chilodonella cucullus и Colpoda maupasi. К наименее устойчивым относятся Paramecium aurelia и другие эпизодически встречающиеся виды.

В почвенном горизонте Alg при нефтезагрязнениях постоянно встречаются два вида инфузорий: Chilodonella cucullus и Glaucoma pyriformis, к эпизодически встречающимся относятся Spathidium proculus, Colpoda maupasi.

Анализ сезонной динамики численности инфузорий вида Chilodonella cucullus в почвенном горизонте Alg (рисунки 45, 46) через год после внесения поллютанта выявил снижение численности почвенных цилиат с увеличением концентрации нефтезагрязне- ния.

Рисунок 45. Сезонная динамика численности инфузорий Chilodonella cucullus в торфянистых подзолистых глеевых песчаных почвах горизонта Alg в зависимости от интенсивности нефтезагрязнений, 2014 г.

Рисунок 46. Сезонная динамика численности инфузорий Chilodonella cucullus в торфянистых подзолистых глеевых песчаных почвах горизонта Alg в восстановительный период, 2015 г.

Происходит синхронизация сезонных динамик численности инфузорий. В почве, пропитанной нефтью, изменяется химический состав и строение профиля. Свойства почвы как гетерогенной системы определяют характер функционирования многокомпонентного нефтяного загрязнителя. При этом почвы играют роль хроматографической колонки, где происходит расслоение нефтяного потока. Органические компоненты задерживаются в верхних почвенных горизонтах, минерализованные воды становятся более тяжелыми и менее вязкими, быстрее проникают в нижние горизонты [Walton, 2000].

Анализ результатов изучения видового разнообразия почвенных инфузорий при воздействии нефти показывает, что количество видов простейших изменяется несущественно в опытной группе. Снижение общего количества видов при нефтезагрязнениях наблюдается в верхнем почвенном горизонте АОт в летний и осенний период. В почвенных горизонтах Alg и AlA2g количество видов инфузорий остается постоянным, но происходит частичная замена видов. Вероятно, сохранение видового разнообразия связано со сменой одних эпизодических видов другими. В почвенном горизонте АОт виды Holophrya simplex, Oxitrica chlorelligera сменяются Stylonichia pustulata. Нефть является энергетическим субстратом для большой группы органотрофных микроорганизмов, служащих источником пищи для почвенных беспозвоночных. Конкурентная борьба за пищевые ресурсы приводит к изменению видовой структуры сообществ инфузорий [Ильин, 1982; Гельцер, 1993; Мордко- вич, 1995].

Таким образом, на основании исследований, проведенных в период летне-осеннего сезона 2014-2015 гг., можно считать, что хронические нефтезагрязнения в концентрациях 20 г/кг и 100 г/кг как в светло-серых лесных, так и в торфянистых подзолистых глеевых песчаных почвах приводят к снижению численности сообщества почвенных инфузорий и изменениям сезонных динамик популяций доминирующих видов.

Определена последовательность видов инфузорий по степени их устойчивости к нефтезагрязнениям. В торфянистых подзолистых глеевых песчаных почвах к таким видам относятся Chilodonella cucullus, Glaucoma pyriformis, Colpoda maupasi, Paramecium aurelia и Stylonichia pustulata. В светло-серых лесных почвах устойчивы к нефтезагрязнениям виды Chilodonella cucullus, Colpoda maupasi, Glaucoma pyriformis и Litontus varsaviensis.

Выявлены наиболее устойчивые к нефтезагрязнениям виды, которые сохраняются в трех исследуемых горизонтах торфянистых подзолистых глеевых песчаных почв (АОт; Alg; AlA2g) и светлосерых лесных почв (АО; Al; А1А2) в весеннем, летнем и осеннем периодах наблюдений. Вид Chilodonella cucullus является наиболее устойчивым к нефтезагрязнениям и присутствует в исследуемых почвах. Необходимо отметить наличие в торфянистых подзолистых глеевых песчаных почвах дополнительного устойчивого к нефтезагрязнениям вида — Glaucoma pyriformis. Исследуемые концентрации нефти не оказывают существенного влияния на количество видов, но приводят к перераспределению спектра эпизодических групп инфузорий [Залялетдинова, 2015].