Результаты лабораторных исследований по влиянию нефтезагрязнения на почвенных инфузорий

Адаптация почвенных простейших при нефтезагрязнении происходит по двум основным направлениям: к снижению почвенной аэрации и к токсическому влиянию нефти [Дашдиев, 1990; Карташев, 2014]. В экспериментальных условиях изучалось влияние неф- тезагрязнений с концентрацией 20, 100, 200 г/кг в почве и подсолнечного масла с концентрацией 200 г/кг для снижения почвенной аэрации. В качестве контроля использовалась незагрязненная почва. Для оценки влияния нефти на сообщества почвенных инфузорий опыт проводился в лабораторных условиях в течение 38 суток. Использовали кюветы из пластмассы длиной 0,5 м, высотой 0,15 м, шириной 0,2 м. В лабораторные кюветы помещался универсальный питательный грунт, предназначенный для выращивания рассады и цветочных растений, высота почвенного слоя А1 0-20 см, по одному килограмму почвы в каждой кювете. Опыты проводились при комнатной температуре, равной +20 °С. Исследования включали пять серий опытов с начальными концентрациями нефти 20, 100, 200 г/кг. В одну из кювет вносили подсолнечное масло с концентрацией 200 г/кг для имитации маслянистого влияния нефти, а именно снижения почвенной аэрации без токсичности. Нефть и масло вносились таким образом, чтобы жидкости просачивалась по почвенному профилю равномерно на одинаковую глубину. Пробы для анализа численности и видовой структуры сообществ почвенных инфузорий брали каждые шесть дней в течение 38 суток в пяти точках. Регулярно проводились замеры влажности и PH почвы по стандартным методикам [Аринушкина, 1970; Морозов, Захаров, 2009].

На основании анализа опытных данных можно выделить четыре вида инфузорий: Chilodonella uncicanta [Ehrenberg, 1938]; Colpoda stein [Enriquez, 1908]; Prorodon teres [Ehrenberg, 1938] и Uroleptus piscis [Muller, 1786], численность которых прослеживалась в течение периода наблюдений, и цисты неполовозрелых особей. Ограниченность видового разнообразия почвенных инфузорий объясняется особенностью обедненных почв, влиянием углеводородов и продуктов их разложения [Никитина, Голодяев, 2003].

Из анализа зависимостей, представленных на рисунке 47, видно, что для всех 4 видов почвенных инфузорий характерно снижение численности особей в течение периода наблюдений. Вероятно, процесс снижения численности связан с ограниченностью ресурсов питания в универсальном грунте. Необходимо отметить, что контролируемые физико-химические показатели почвы практически не изменялись (таблица 29).

Рисунок 47. Численность почвенных инфузорий в контрольных условиях

Таблица 29. Физико-химические показатели исследуемых почв

Наиболее выраженное снижение численности характерно для видов Chilodonella uncicanta и Uroleptus piscis, два других вида при исходной низкой численности изменялись незначительно. Начиная с 19-х суток происходила элиминация неполовозрелых особей, что подтверждает предположение о сокращении ресурсов питания [Са- мосова, Артемьева, Штина, 1985].

Анализ зависимостей на рисунке 48 позволяет заключить, что при концентрации нефтезагрязнения 20 г/кг не наблюдается полного покрытия поверхности почвы нефтью и аэрация почвы нарушается частично. Снижение численности инфузорий происходит в течение первых 12 суток, у вида Colpoda stein — в течение 5 суток. Наблюдается существенная дифференциация в динамике численности сообществ инфузорий. Для видов инфузорий Chilodonella uncicanta и Colpoda stein характерно увеличение численности начиная с 19-х суток с последующим снижением в 25-е сутки, что, вероятно, связано с увеличением численности бактерий, питающихся углеводородами [Киреева, 1994; Щавелева, 2004]. Два других вида инфузорий практически элиминируются к 32-м суткам наблюдений.

Рисунок 48. Численность различных видов инфузорий в почве при концентрации нефти 20 г/кг

Данные, представленные на рисунке 49, позволяют сделать вывод, что повышение концентрации нефти до 100 г/кг приводит к нефтяному покрытию поверхности и снижению аэрации почвы аналогично покрытию масляной пленкой (рисунок 50). У двух видов наблюдается снижение численности популяций с последующим развитием адаптивных колебательных реакций и частичным восстановлением численности инфузорий.

Рисунок 49. Численность различных видов инфузорий в почве с концентрацией нефти 100 г/кг

Рисунок 50. Численность видов инфузорий в почве, загрязненной подсолнечным маслом с концентрацией 200 г/кг

У вида Colpoda stein после кратковременного увеличения численности на 5-е сутки отмечается монотонное снижение количества особей с последующей элиминацией к 32-м суткам наблюдений. Пропитывание почвы нефтью приводит к изменениям в химическом составе, свойствах и структуре почв: увеличивается количество углерода в верхнем слое почвы и битуминозное вещество значительно ухудшает ее физико-химические свойства. Смолисто-асфальтеновые компоненты нефти сорбируются в верхнем почвенном слое и уменьшают в нем воздушное пространство [Солнцева, 1988; 1998].

Загрязнение подсолнечным маслом и ухудшение почвенной аэрации приводит в течение 5 суток к снижению численности простейших и ее последующей стабилизации на относительно низком уровне в течение всего периода наблюдений (см. рисунок 50).

Нефтезагрязнения с концентрацией 200 г/кг значительно изменяют структуру сообществ почвенных инфузорий (рисунок 51). Элиминируется вид Uroleptus piscis, снижается численность видов Colpoda stein и Chilodonella uncicanta. Наблюдается временное повышение численности Prorodonteres на 5-е сутки наблюдения с последующим снижением [Залялетдинова, Карташев, 2015]. Значительное снижение численности раковинных амеб при концентрации нефти 200 г/кг отмечается и в исследованиях Т.В. Смолиной (2007; 2009). Автор сообщает, что восстановление численности происходит медленными темпами на протяжении длительного периода. В пределах группы наблюдается дифференциация видов простейших по степени устойчивости к нефтезагрязнениям.

Рисунок 51. Численность видов почвенных инфузорий в почве с концентрацией нефти 200 г/кг

Таким образом, на основании проведенных исследований можно сделать вывод, что адаптация сообществ почвенных инфузорий к пониженной аэрации почв при нефтезагрязнениях происходит в течение первых 5 суток. Наблюдается снижение численности всех видов в зависимости от их устойчивости. Адаптация к токсическому действию нефти развивается с 12 суток последействия, характеризуется колебательным типом изменений численности видов и расслоением структуры сообществ в зависимости от их видовой устойчивости.

В многолетних полевых и лабораторных исследованиях А.Г. Карташева и Т.В. Смолиной (2011) изучалось влияние различных концентраций нефти на общую численность и видовой состав сообщества раковинных амеб. Хроническое воздействие нефтеза- грязнений приводит к частичной элиминации неустойчивых видов амеб в зависимости от концентрации нефти в почве. Авторы выделяют четыре стадии адаптации сообществ раковинных амеб в зависимости от длительности действия нефти. Первая — стадия резистентности, первые шесть суток, в течение которых сохраняется исходная численность амеб. Вторая стадия — снижение численности и видового разнообразия сообществ, идет в течение восьми суток с колебаниями численности тестаций. Третья — депрессивная стадия цистирования и вымирания, значительного снижения численности и видового разнообразия. Четвертая — восстановительная стадия: повышение численности и видового разнообразия раковинных амеб пропорционально снижению нефтезагрязнений, происходит в колебательном режиме.

При хроническом влиянии нефти выделяются четыре адаптационных этапа изменений сообществ инфузорий в зависимости от концентрции: снижение численности почвенных инфузорий, изменение сезонных динамик численности, элиминация неустойчивых видов с сокращением видового разнообразия и восстановление. Эти этапы адаптации инфузорий аналогичны рассмотренным стадиям адаптации сообществ раковинных амеб.