Биологическая активность почв после проведения рекультивации загрязненной нефтепродуктами поймы р. Амбарная (Норильский промышленный район)

Следует отметить, что метаболический потенциал микробной популяции в той или иной экологической нише определяется активностью специфических ферментов. Активность таких ферментов, как суммарные дегидрогеназы, эстеразы и фосфатазы, отражает ферментативный потенциал всей популяции, тогда как активность других ферментов (целлюлаз, хитиназ, нитрогеназ, денитрификации) отражает потенциал конкретных частей популяции. тем не менее можно оценить тот или иной потенциал. Особое значение для экологов и микробиологов имеют микробные ферменты, участвующие в биогеохимическом круговороте элементов. Наиболее важными из них являются ферменты, участвующие в круговороте азота и углерода. Именно они могут характеризовать устойчивость сообществ и экосистем и их способность к минерализации органического вещества. Одновременно с вышеперечисленными параметрами при изучении ферментативного потенциала популяции измеряют также активности липазы, целлюлазы, протеазы и амилазы. Если необходимо измерять различные виды ферментативной активности в полевых условиях, микроокружение в этой нише должно оставаться неизменным и контролироваться температура, pH, влажность. Инкубационный период (измерение) не должен быть длительным, чтобы численность микроорганизмов за это время существенно не менялась [18].
В настоящее время в живом современном мире открыто до 1000 ферментов. Все ферменты находятся в почве, но следует отметить, что только некоторые ферменты имеют количественные методы измерения. Наиболее разработан метод определения гидролаз (особенно инвертаз, фосфатаз, протеаз, уреаз, амилаз) и оксидоредуктаз (особенно дегидрогеназ, полифенолоксидаз, каталаз) [22].
Основная роль гидролаз заключается в участии в реакциях гидролитического разложения высокомолекулярных органических соединений. Другими словами, эти типы ферментов играют важную роль в обогащении почвы подвижными питательными веществами в форме, пригодной для использования растениями и микробами [18].
Исследования различных авторов показали, что активность почвенных ферментов может служить дополнительным диагностическим критерием плодородия почвы, а изменение активности ферментов может сигнализировать об антропогенных воздействиях. Фермент проявляет высокую стабильность даже при длительном хранении. Этот факт и малая погрешность эксперимента облегчают использование показателей активности ферментов в качестве диагностических индикаторов состояния почвы [17].
Следует помнить, что разные внешние факторы по-разному влияют на активность почвенных ферментов, одни тормозят их действие, другие стимулируют. На активность ферментов в почве влияют не только удобрения, но и физико-химические свойства, такие как рН, засоление и карбонатность. Однако эти факторы в разной степени изменяют ферментативную активность. Чем быстрее кислотность почвы отличается от оптимальной для действия данного фермента, тем быстрее будет происходить инактивация фермента [19].
Исследования на почвах, загрязненных нефтью с концентрацией до 10 %, показали повышенную активность окислительно-восстановительных ферментов почв, таких как каталаза и дегидрогеназа, и повышенную активность уреазы (ферменты класса гидролаз). В ходе наблюдений авторы установили, что чем выше содержание нефтепродуктов в почвенном покрове (более 10%), тем сильнее угнетается активность ферментов. Фосфатазная и липолитическая активности стимулируются концентрацией нефти в почве до 17 %, тогда как более высокие концентрации нефтепродуктов (более 17 %) ингибируют эти виды ферментативной активности [6].
Многие исследователи отмечают способность углеводородокисляющих микробов способствовать росту уреазной активности почвы. Все более распространенным становится использование этого параметра для оценки экологического состояния почв, загрязненных нефтью и нефтепродуктами, в которых зафиксировано повышение активности уреазы на 15-25% по сравнению с незагрязненными почвами. Многие авторы отмечают, что на активность уреазы в пахотном слое почвы положительно влияет отсутствие механической обработки почвы, несмотря на то, что в этом случае растительные остатки накапливаются на поверхности почвы. Возможно, в более глубоких слоях субстрат для уреазных ферментов наряду с растительными остатками и пнями поставляет более развитая корневая система при прямом посеве [9].
Снижение активности уреазы регистрируют при изменении реакции почвенной среды на подкисление. Этот эффект часто является результатом длительного применения физиологически кислых минеральных удобрений. Варьирование значений индекса активности почвенной уреазы на 86 % определяется изменением рН почвенной среды [8].
Целлюлолитическая активность вносит значительный вклад в плодородие почвы. От него во многом зависит биогенный уровень почвы. Целлюлоза в почвенном покрове может трансформироваться при 23 различных уровнях оксигенации при высокой или низкой температуре и влажности в кислых и щелочных средах. Различные условия окружающей среды, в которых происходит разложение целлюлозы, обусловлены разнообразием микроорганизмов, способных осуществлять этот процесс. Более 50% всего органического углерода в биосфере состоит из целлюлозы. Это самый распространенный полисахарид в растительном мире, 40-70% которого содержится в высших растениях [20].
В природной среде синтезируется большое количество целлюлозы, что является еще одной причиной того, что разлагающие микроорганизмы играют очень важную роль в минерализации органического вещества и круговороте углерода. Большинство микроорганизмов, разлагающих целлюлозу, обладают высокой специфичностью и селективностью в отношении этого материала. Деградация целлюлозы осуществляется аэробными микроорганизмами (бактериями и грибами) и анаэробными мезофильными и термофильными бактериями [22].

Глава 2. Экологическая характеристика района исследования

2.1. Климат

Климат района субарктический, резко континентальный. 2/3 года среднемесячные температуры воздуха отрицательные; безморозными месяцами являются только июнь, июль и август. Особенность зимы — сочетание низких температур и сильного шквального ветра (мороз до -53 °C и ветер до 24 м/с). Показателем теплового режима является среднегодовая температура воздуха, которая, по данным метеостанции Норильск, составляет -9,6 °С. В связи с преобладающей в зимнее время антициклональной погодой на территории Норильского промышленного района наблюдаются сильные морозы. Абсолютный минимум температуры воздуха составляет -53°С. Абсолютный максимум температуры воздуха составляет 32°С. Устойчивый переход температуры воздуха через 0 °С, определяющий наступление весны в тундровой зоне, происходит в конце мая. Устойчивый переход температур через -5 °С наступает в среднем в начале октября.

2.2. Рельеф
Район, расположенный на стыке двух физико-географических стран – Западной и Средней Сибири, характеризуется большим разнообразием природных комплексов – от заболоченных равнин до горных тундр. Территория подвержена техногенному воздействию, очень разнообразна по геоморфологическим, геологическим, почвенным, климатическим условиям, а также растительному покрову, представленному тундровыми, лесотундровыми, лесными и болотными типами.
Эколого-геохимическая обстановка окружающей природной среды в НПР тесно связана с характером горных пород, климата, рельефа, многолетней мерзлоты, почв и техногенеза, определяющих и контролирующих концентрацию природных и техногенных элементов. Среднесибирское плоскогорье характеризуется горно-равнинным рельефом и разнообразием горных пород. В геоморфологическом отношении рассматриваемая территория охватывает западные-северо-западные горы и предгорья плато Путорана и Норильскую котловину (долину). Господствуют трапповые и лавовые плато со столообразной поверхностью и ступенчатыми склонами, расчлененными глубоко врезанными речными и ледниковыми долинами. Рельеф котловины представлен плоской (с моренными всхолмлениями) равниной, выполненной ледниковыми отложениями, перкрытыми ледниковыми отложениями, перекрытыми суглинисто-глинистыми дериватами трапповых пород разных петрохимических серий.
Горы сложены траппами, которые представлены интрузивными и эффузивными извержениями породами (долеритами, габбродолеритами, базальтами) ультраосновного, основного, среднего, кислого и щелочного состава. Траппы состоят из основных плагиоклазов, моноклинного пироксена, оливина, вулканического стекла, рудных минералов. Особенностью химико-минералогического состава пород является обогащение их железомагнезиальными силикатами и основными плагиоклазами. В рудах основными минеральными носителями меди являются халькопирит, самородная медь, кубанит, никеля – пентландит (основной никелевый минерал сульфидных руд).
Многолетняя и сезонная мерзлота оказывает существенное влияние на миграцию, концентрацию и рассеяние природных и техногенных элементов. Она обуславливает закономерности распределения элементов в талом слое. Многолетняя мерзлота служит механической преградой (геохимическим барьером) для радиальной миграции химических элементов, что приводит к своеобразию многих геохимических процессов.