«ЭКОЛОГО-БИОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ СИБИРИ И СОПРЕДЕЛЬНЫХ ТЕРРИТОРИЙ Материалы II научно-практической конференции с международным участием г.Нижневартовск, 30 марта 2011 года ...»

В ходе работы изучены анатомо-морфологические изменения древостоев хвойных на пробных площадях ПП1, ПП2, расположенных в загрязненном и условно-чистом районах города Красноярска. В ходе исследований выявлены различия по всем параметрам.

Изучение морфологических характеристик хвойных, произрастающих в загрязненной зоне городской среды по сравнению с условно-чистой показало, что снижены ростовые процессы побегов, как основных, так и боковых. Длительность сохранения хвои на побегах зависит от степени чистоты воздуха. В загрязненной среде хвоя опадает раньше. Охвоенность первого и второго года на обеих площадках отличается незначительно. С увеличением возраста побегов количество хвои уменьшается неодинаково, так на загрязненном участке, начиная с 3 года наблюдается резкое снижение количества хвои, вплоть до полного исчезновения на 5м году жизни у основного побега и значительного уменьшения на боковых. На условно-чистой площадке количество хвои с течением времени изменяется незначительно, таким образом, на 5-м году жизни сохраняется около 70% хвои основного побега и до 80% у боковых.

На обеих пробных площадках отмечены видимые повреждения хвои, такие как хлорозы и некротические пятна. Минимальный показатель повреждения хлорозом отмечен на последних годах жизни хвойных как у хвои основного побега, так и у хвои боковых побегов.

На пробной площадке № 1 процент хвои с хлорозом значительно выше относительно площадки № 2, к тому же, в загрязненной зоне на первых годах наблюдается максимальный процент хвои с хлорозом: так на основных побегах он составляет 100% в первом году жизни и 92,5% во втором году. В результате накопления токсикантов в хвое идет увеличение некротических повреждений на основных и боковых побегах, т.е. количество некрозов увеличивается с возрастом хвои.

На загрязненном участке процент некроза максимален — у основного побега, и составляет 100% на 3, 4 годах, на 5 году данный показатель равен 0%, за счет дефолиации, т.к. деревья, таким образом, избавляются от накопившихся в хвое токсикантов. В условно-чистой зоне показатель некротического повреждения имеет максимальные значения на 5 году жизни, но при этом он в несколько раз меньше, чем максимальные значения у древостоя в загрязненной зоне.

Помимо частоты встречаемости некрозов, большое значение имеет их величина.

Максимальная длина некротического участка на основных побегах наблюдается у хвои сосны 4 года, а у хвои ели на 5 году, в районе с высоким уровнем загрязнения и составляет 42,4% и 28,5% от общей длины хвои соответственно.

На пробной площадке, расположенной в условно-чистой зоне отмечается незначительное поражение хвои некрозом, как у основных, так и у боковых побегов.

Проведенный анализ подтвердил ухудшение состояния хвойных, с ростом уровня атмосферного загрязнения.

При рассмотрении временных микропрепаратов поперечного среза хвои сосны, ели и пихты из разных, по уровню загрязнения, районов, было обнаружено, что хвоя из загрязненного района имеет некоторые отличия.

При анатомическом исследовании хвои сосны обыкновенной и ели сибирской выявлено уменьшение толщины кутикулы в загрязненной зоне, связанное с тем, что под действием токсикантов кутикулярный слой растворяется, что облегчает проникновение токсических веществ во внутренние ткани хвои.

Основная функция кутикулы предохранение листа от высыхания и других неблагоприятных воздействий среды Уменьшение кутикулы снижает ее защитные свойства, лист становится менее защищенным. Секреторные клетки смоляных ходов, относительно длины и ширины среза, у хвои с пробной площадки № 1 увеличены, что, вероятно, связано с активным выводом токсичных веществ.

Отмечена тенденция увеличения количества смоляных каналов у хвоинок сосны с загрязненной площадки по сравнению с хвоинками из заповедника с 6 до 10.

Можно предположить, что увеличение количества смоляных каналов, происходит из-за скапливания большого количества ненужных вредных веществ в листе.

Оболочки клеток эндодермы утолщены, это можно объяснить ее функцией, отвечающей за избирательный транспорт веществ к проводящим пучкам, т.е.

эндодерма служит барьером.

Отношение длины и ширины центрального цилиндра к длине и ширине поперечного сечения характеризует пропорциональность развития внутренних тканей хвои. Данный показатель на загрязненной площадке, в среднем снижен, так у сосны отношение по длине составило 0,5, по ширине 0,4 в загрязненном участке, а на условно-чистом 0,59 и 0,42, соответственно;

у ели отношение по длине составило 0,22, по ширине 0,33 в загрязненном участке, а на условно-чистом 0, и 0,34, соответственно. Это свидетельствует о нарушении соотношения между проводящей системой хвоинки и остальными ее тканями у деревьев.

Результаты данной работы показали, что хвойные породы являются хорошими биоиндикаторами загрязнения атмосферного воздуха, более чувствительным индикатором явилась сосна обыкновенная, что будет использоваться в дальнейших исследованиях.

ВЛИЯНИЕ ПОНИЖЕНИЯ УРОВНЯ АРАЛЬСКОГО МОРЯ

НА РАСТИТЕЛЬНОСТЬ ЮЖНОГО ПРИАРАЛЬЯ

В условиях продолжающегося снижения уровня Аральского моря и развитие процессов антропогенного опустынивания в регионе Приаралья засоление почв происходит все быстрее и охватывает все новые слабозасоленные или незасоленные площади. Образование солончаков и снижение содержания гумуса в почве вызвало естественное падение плодородия орошаемых земель и сокращение биоразнообразия.

По мере отступления моря увеличивается площадь солончаково-песчаной пустыни, происходят интенсивные процессы соленакопления. Это повлекло за собой смену влаголюбивой растительности на солончаковую, затем пустынную.

В целом биологическая продуктивность Приаралья в результате антропогенного опустынивания уже уменьшилась в 10 раз, местами исчезли сенокосно-пастбищные угодья, погибает тугайная и кустарниковая растительность. В Южном Приаралье под воздействием глубоких негативных изменений произошла деградация природной среды: погибли массивы тростниковых зарослей на площади млн. га, на грани исчезновения находятся тугайные заросли, сократились площадь сенокосов на 500 тыс. га.

Изменения в растительном покрове выразились в том, что влаголюбивая растительность естественных фитоценозов лугового и болотного ряда выпала и уступила место более ксерофильным и солевыносливым экологическим группам. Заметно преобразился травянистый покров лугово-тугайных фитоценозов.

Однолетние солянки и эфемеры пришли на смену разнотравно-злаковым лугам.

В древесном ярусе характерно вымирание ивы и туранги.

В последние годы площадь лесных насаждений края резко сократилась. Теперь уже нет тугайных лесов, находящихся в окрестностях Нукуса, в урочищах Чортамбай-тугай, Саманбай-тугай. В тридцатых годах прошлого столетия тугайные леса в республике Каракалпакстан занимали 300 тысяч гектаров, то сегодня их площадь не превышает 25 тысяч. Она сократилась в 12 раз. Особую тревогу у нас вызывает тот факт, что с территории Каракалпакстана начинают исчезать виды растений, ранее считавшиеся обычными. Например: тогай-тал (Salix wilhelmsiana), джанаут-тал (Salix songarica), спаржа персидская (Asparagus persicus), туранга сизая (Populus pruinosa) и др.

По представлениям некоторых исследователей, роль Аральского моря сводится в основном к поддержанию высокого уровня грунтовых вод в Приаралья.

Это имеет важное экологическое значение, так как грунтовые воды — один из источников водоснабжения пустынных растений.

По видимому, понижения уровня Аральского моря вызывает изменение растительности в прилегающих к нему обширных районах. Необходимо иметь в виду, что некоторые пустынные растения могут использовать влагу, расположенную в глубоких слоях почвогрунтов.

Аральское море дренирует обширные прилегающие к нему районы. Следовательно, в связи с его усыханием снизится и уровень грунтовых вод на тяготеющих к морю больших территориях, что может отразиться на водном режиме растений, использующих влагу не только из близко расположенных грунтовых вод, но и из более глубоких слоев. Помимо того, в связи со снижением уровня грунтовых вод будет уменьшаться и количество связанных с ними водяных паров. Известно, что сухость воздуха — основной физический фактор, усиливающий расход воды на транспирацию. Более же высокая влажность воздуха в Приаралье способствует снижению испарения с поверхности почвы и интенсивности транспирации, а тем самым ведет к экономии влаги.

По мере снижения уровня Аральского моря влажность воздуха снизится, о напряженность воздушной засухи усилится, что в свою очередь вызовет более продолжительные и сильные суховеи, возможно, со значительным количеством солей. Все это приведет не только к нарушению водного режима, но и к повреждению вегетативных и генеративных органов растений, что снизит продуктивность агроценозов и пастбищных угодий всего Приаралья.

Сокращение стока Амударьи в ее низовьях привело к отмиранию ряда протоков, уменьшилось, а местами почти прекратилось опреснение грунтовых вод, под влиянием речного стока, углубились русла действующих протоков, прекратились заливание пойм и разливы.

В дельте Амударьи высохло около 40 озер, большая часть разливов. Это привело к отмиранию гидро- и гигрофитов, а на значительных площадях — и мезофитов.

Районы бывших разливов и озер в настоящее время заняты в основном тамариксом в сочетании с различными галофитами: карелиния, карабарак и др.

Ещё больше изменились тугайные фитоценозы дельты Амударьи, сформировавшиеся до нарушения гидрорежима реки и понижения уровня Аральского моря. Прекращение паводочных разливов, снижения уровня грунтовых вод, повышение их минерализации, засоление почвогрунтов привели к деградации тугаев. Их территорию заняли засухо- и солевыносливые фитоценозы. Тугаи сохранились узкой полосой лишь вдоль русла реки. В конечном счете, площадь естественных сенокосов сократилась более чем в 20 раз, причем урожайность их и пойменных пастбищ повсеместно снизилась.

Прилегающая к дельте Амударьи высохшая часть моря характеризуется неоднородностью литологии, рельефа, почвенного и растительного покрова. В районах авандельты действующих протоков почвогрунты песчаные и супесчаные, а к высохшим заливам приурочены суглинистые и глинистые. В зависимости от типа почвогрунтов изменяется видовой состав растительности, заселяющей обсохшее дно моря. На глинистых и суглинистых почвогрунтах, как правило, появляются солерос и сведа, а на песчаных и супесчаных — лебеда и сведа.

Таким образом, экосистемы Приаралья в связи со снижением уровня Аральского моря подвергаются все большей аридизации, что выражается в снижении их продуктивности и усилении в их структуре типично пустынных элементов.

БИОВОССТАНОВИТЕЛЬНЫЕ МЕРОПРИЯТИЯ

ПОСЛЕ РАЗЛИВОВ НЕФТИ НА ТЕРРИТОРИИ СИБИРИ

Загрязнение нефтепродуктами является острой экологической проблемой сибирского региона в связи с широким распространением добычи, транспортировки и переработки нефти. Рекультивация загрязненных нефтью территорий при этом затруднена из-за неблагоприятных климатических условий, значительной обводненности экосистем, небольшого потенциала самовосстановления.

Большинство разливов нефти приурочено к буровым площадкам, местам прокладки нефтепроводов или первичной переработки нефти. Наибольшее число зафиксированных разливов нефти происходит в результате порывов нефтепроводов, обусловленных коррозией труб. Средний срок службы внутрипромысловых коллекторов до первой аварии составляет от 2 до 3 лет [1].

Для снижения негативного воздействия нефти на экосистемы обычно проводят рекультивационные мероприятия, заключающиеся во внесении препаратов микроорганизмов-деструкторов, ферментов, удобрений, структураторов почвы, раскислителей (в случае необходимости повышения значения рН), а также, если возможно, осуществляют механический сбор нефти с загрязненной поверхности.

Сбор нефти, в большинстве случаев, невозможен из-за незначительной площади водного зеркала и сорбции ее в мохово-лишайниковом слое. Выжигание приводит к полной деградации северных экосистем, уничтожая полностью верхний деятельный горизонт почв и нарушая нижний многолетнемерзлый горизонт. Засыпка разлива нефти песком способствует ее консервации в анаэробных условиях и не уменьшает риска попадания нефтепродуктов в водотоки с водозаборами. Агрессивные методы избавления от нефти — сжигание, внесение ПАВ, диспергаторов увеличивают негативное воздействие на экосистемы. Микробиологический способ биодеградации нефти и нефтепродуктов выгодно отличается от химических, физических способов и их различных сочетаний небольшими капиталовложениями, низким энергопотреблением, отсутствием вторичных отходов, способностью к самоподдерживанию и саморегуляции, экологической безопасностью.

В суровых климатических условиях севера опробованы большинство методов ликвидации разливов нефти: фрезерование верхних горизонтов грунта, применение удобрений, раскислителей, фиторемедиация, внесение микробосодержащих препаратов, комплекса ферментов «Fyre-Zime» [2, 3]. К сожалению, они часто оказываются неэффективными [4]. Наиболее оптимальным способом биоремедиации в условиях Сибири, по заключению ряда авторов [5, 6] и исходя из собственного опыта, является комплексный подход, сочетающий в себе несколько интенсивных приемов.

Территории, подлежащие рекультивации, располагались на труднодоступных верховых болотах и в пойменных участках рек Пуровского и Надымского районов ЯНАО, Сургутского района ХМАО, Томской обл. и различались по степени загрязнения и уровню обводненности. Кроме этого, очистке были подвергнуты замазученные техногенные песчаные отсыпки.

Особенностями северных экосистем являются низкая биологическая активность почв, относительная обедненность видового состава растений, микроорганизмов и почвенных животных. Лимитирующими факторами самоочищения от нефти являются низкие температуры почв и небольшое количество биогенных элементов. Поэтому процессы биодеструкции нефтепродуктов и других загрязнителей заторможены и носят кратковременный характер.

Разработка комплексной технологии, обеспечивающей эффективную биодеструкцию нефти в течение короткого времени в условиях Сибирского Севера, включала агротехнические мероприятия, фиторемедиацию и применение препарата «Биоойл-СН», содержащего микроорганизмы-деструкторы нефти. Микроорганизмы, входящие в состав препарата, были выделены из аборигенной микробиоты воды, грунта, торфа Тюменской, Томской, Новосибирской областей в местах разливов нефти и являлись эндогенными факторами самоочищения экосистем. Выделенные бактерии являлись психротолерантными (активно развивающимися и утилизирующими нефть при пониженных температурах) представителями родов Acinetobacter, Arthrobacter, Pseudomonas, Rhodococcus [7].

Морфологические признаки полученных изолятов-деструкторов изучали с помощью световой микроскопии живых и окрашенных клеток с использованием микроскопа Carl Zeiss Axioskop 40 (Carl Zeiss, Германия). Идентификацию штаммов бактерий осуществляли по определителю Берджи.

Оценку способности микроорганизмов к деструкции нефти осуществляли в жидкой питательной среде с добавлением нефти месторождений Западной Сибири в качестве единственного источника углерода. Биоэмульгирующие и биодеградирующие способности микроорганизмов оценивали визуально и с помощью газовой хроматографии. Эффективные штаммы-деструкторы отбирали по результатам хроматографических исследований, способности к росту и утилизации нефти при температуре 4-6 С.

Входящие в состав предложенной ассоциации микроорганизмы обладают взаимодополняющим комплексом ферментных систем, что невозможно в случае использования монокультуры одного штамма-деструктора в препарате.

В основе создания препарата для биологической рекультивации нефтезагрязненных земель был положен принцип создания ассоциации микроорганизмов — деструкторов нефти, при котором каждый штамм в отдельности исходно менее эффективен, чем при работе в ассоциации.

Известно, что для деструкции нескольких сотен различных химических соединений, входящих в состав нефти, необходимо включать в состав препарата не один штамм микроорганизмов, а ассоциацию штаммов, относящихся к разным видам и родам. Использование в препарате штаммов нескольких видов и родов, отличающихся по спектру потребляемых субстратов, сопровождается наиболее полной биодеградацией, поскольку разные виды и роды имеют приоритетные предпочтения в окислении компонентов нефти, обладают разной скоростью роста.

Способность к деструкции загрязнителей часто кодируется генами, входящими в состав плазмид бактерий. Плазмиды обнаружены в клетках бактерийдеструкторов Pseudomonas и Acinetobacter, которые вошли в состав препарата.