Экология/6. Экологический мониторинг

К.б.н. Лисовицкая О.В., д.б.н. Можарова Н.В.

Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова, Россия

Липиды как результат трансформации нефтепродуктов

в почвах

Липиды относятся к неспецифическим соединениям почвенного гумуса и представлены в основном восками и смолами. Это наиболее устойчивые соединения в почвах, слабо подверженные биодеградации. Высокая термодинамическая устойчивость липидов обуславливает относительную стабильность их содержания в естественных почвах, что имеет важное индикационное значение для диагностики процессов почвообразования.

Природными источниками поступления липидов в почвы являются растительные и, в меньшей степени, животные остатки. К антропогенным источникам относятся органические поллютанты, наиболее распространенными среди которых являются нефть и нефтепродукты.

Целью данной работы было установить, как изменяется доля наиболее консервативной фракции почвенного гумуса (липидов) в почвах, загрязненных нефтепродуктами, по сравнению с фоновыми аналогами. Поэтому для исследований выбраны две аналогичные почвенные катены, расположенные в зоне поступления нефтепродуктов и на незагрязненной территории. Почвенный покров представлен сочетаниями дерново-подзолистых, дерново-подзолисто-глееватых и дерново-подзолисто-глеевых почв, сформированных на водно-ледниковых отложениях. В почвах анализировались следующие показатели: содержание нефтепродуктов - методом гексановой экстракции (ГОСТ РФ, 1990); cодержание липидов - методом горячей спиртобензольной экстракции (Орлов, 1994); определение биомассы микроорганизмов и их видового разнообразия проводилось методом газовой хромато-масс-спектрометрии с предварительным выделением жирных кислот в Институте микробиологии РАН; также изучались такие свойства почв, как влажность и окислительно-восстановительный потенциал (Eh) (Вадюнина, Корчагина, 1986).

Результаты исследований (Рис. 1) позволили сделать ряд обобщений. Во всех естественных незагрязненных почвах, независимо от катенарного положения, установлен регрессионный характер распределения липидов по профилю почв: концентрация этой фракции в гумусовых горизонтах составила 1600 – 1700 мг/кг, в гумусово-элювиальных и элювиальных горизонтах – 300 – 600 мг/кг; в нижней части профиля липиды почти полностью отсутствовали, обнаружены следы – 0 – 10 мг/кг. Граница обнаружения липидов (30 – 40 см) хорошо соотносится с глубиной поступления растительных остатков, прежде всего корней растений, что коррелирует с литературными данными (Орлов, 1992; Пиковский, 1993). Микробная биомассы микроорганизмов в нижних горизонтах составила 43*10^-4 мг/г почвы, а доля УВ - окисляющих микроорганизмов – 6 *10^-4 мг/г почвы (14%).

Рис. 1. Сравнительный анализ содержания липидов и нефтепродуктов в загрязненных и незагрязненных горизонтах почв, мг/кг

Среди почв, загрязненных нефтепродуктами, можно выделить две группы по характеру распределения липидов. К первой группе относятся автоморфные дерново-подзолистые почвы, в которых, как и в естественных аналогах, липиды выявлены только в верхней части профиля почв – гумусовых и элювиальных горизонтах. Стоит отметить, что несмотря на относительное увеличение содержания липидов в загрязненных почвах, значимых отличий по сравнению с фоновыми аналогами не наблюдается. Ко второй группе относятся полугидроморфные и гидроморфные почвы, в которых липиды обнаружены по всему профилю, в том числе в нижней части. И если в верхней части профиля их содержание значимо не отличается от фоновых почв, то для нижних горизонтов есть принципиальное отличие: в загрязненных почвах содержание липидов 130±15 мг/кг – в полугидроморфных и 200±20 мг/кг – в гидроморфных почвах.

Сравнивая содержание липидов и нефтепродуктов в загрязненных почвах, важно отметить, что количество липидов в нижних горизонтах полугидроморфных и гидроморфных почв в 1,5 – 5 раз превышает содержание нефтепродуктов. Содержание микробной биомассы (98*10^-4 мг/г почвы) возрастает в 2-3 раза по сравнению с фоновыми значениями, а доля УВ-окисляющих микроорганизмов (Pseudomonas, Nocardia, Micrococcus, Acetobacter и др..) возрастает в 5-9 раз, составляя 44% от общего содержания. Можно предположить, в таких условиях трансформация нефтепродуктов идет по пути образования высокомолекулярных слабоокисленных соединений, формирующих липиды. Полная трансформация нефтепродуктов здесь затруднена в силу переувлаженности, слабого доступа кислорода: Eh составил 350 – 380 мВ, влажность почв – 35% - 40%. В поверхностных горизонтах почв количество нефтепродуктов крайне мало по сравнению с липидами, содержание которых близко к фоновым значениям. По-видимому, в силу аэробных условий (Eh – 510 - 550 мВ, влажность почв – 20%) здесь складывается благоприятная обстановка для полного окисления нефтепродуктов до углекислого газа и воды.

По результатам исследования можно заключить, что трансформация нефтепродуктов в почвах с преимущественно анаэробными условиями идет по пути образования липидов. Таким образом, увеличение содержания липидов как наиболее консервативных и термодинамически устойчивых соединений в составе органического вещества почв может выступать своеобразной «памятью» об имевшем место загрязнении почв нефтепродуктами, что имеет важное индикационное значение.

Литература:

1. Вадюнина А.Ф., Корчагина З.А. Методы исследования физических свойств почв и грунтов. // Изд. МГУ, 1986. 416 с.

2. ГОСТ РФ. Определение содержания нефтепродуктов в почвах и грунтах ВНИГРИ, 1990, 32 с.

3. Орлов Д.С., Аммосова Я.М. Методы контроля почв, загрязненных нефтью и нефтепродуктами // Почвенно-экологический мониторинг. М., 1994, с. 219-231.

4. Орлов Д.С. Химия почв. М. Изд. МГУ, 1992. 558 c.

5. Пиковский Ю.И. Науки о Земле. Природные и техногенные потоки УВ в окружающей среде. М: МГУ, 1993. 202 c.