Из статьи Куракова:
Естественное восстановление нефтезагрязненных почв протекает за длительный период, который можно разделить на несколько этапов.
Первый этап: в результате физ-хим выветривания происходит удаление из почвы наиболее низкомолек составляющих нефти – газообразных и летучих соединений. (эти фраукции наиболее токсичны для биоты и растений) =>увеличение углеводород окисляющих МО
Второй этап (микроб/етественнойдеград нефти): процессы биодеградации поллютанта идут в 2 противоположных направлениях. С одной стороны, окисление нефти приводит к упрощению ее структуры, что связано с деятельность МО (разложение нормальных алканов и простых ароматических углеводородов) Появляются различные эфиры, кетоны, альдегиды и кислоты. С дургой стороны в почве могут конденсироваться различные промежуточные продукты. Т.е. на этом этапе исчезают низкомолексоставл, и почва обогащается полициклическими ароматическими углеводородами, смолами и асфальтенами.
Третий этап: наиболее длительный и малоизученный. В этом периоде самые сложные компоненты нефти, не разлагаемые МО. Для большинства этих соединений известны главным образом кометаболические пути деградации.
Кометаболизм (cometabolism) [лат. co (cum) — вместе и греч. metabole — перемена, превращение] — способность микроорганизма окислять не только его основной источник энергии, но и др. органические соединения. Явление К. может быть использовано, напр., при очистке промышленных сточных вод, содержащих плохо поддающиеся разложению синтетические продукты, вместе со сточными водами из населенных пунктов в тех же самых водоочистных сооружениях.
Таким образом, естественная деградация нефти в природных условиях протекает в течение длительного периода времени и включает последовательное разложение компонентов возрастающей сложности и конденсацию промежуточных продуктов. На разных этапах разложения нефти ведущую роль играют различные процессы: физико-химическое выветривание, разрушение соединений нефти в результате микробного метаболизма и, наконец, кометаболические процессы их деструкции. Данная последовательность строго детерминирует очередность и определяет своевременность применения тех или иных технологических операций. В этом и состоит один из основных принципов оптимизации биотехнологии рекультивации нефтезагрязненных почв.
Из интернета:
Показатели, характеризующие состояние почвеннойбиоты и биологическую активность почв, можно использовать для контроля за теми изменениями в почвах, которые возникают при включении в них разного рода посторонних веществ, чаще всего антропогенного происхождения. Различают следующие типы и характер загрязнения почв:
1) химическое загрязнение пестицидами, тяжелыми металлами, радионуклидами, нефтяными углеводородами, минеральными удобрениями;
2) биологическое загрязнение объектами микробиологического про изводства белка и белково-витаминных концентратов (БВК), энтомопатогенными бактериями, которые используются для борьбы с вредителями леса.
Общепризнанная система биоиндикации загрязнений почв отсутствует, хотя известно, что микроорганизмы чутко реагируют на изменения почвенных условий или на присутствие в ней загрязняющих веществ. В связи с этим, исходя из положения об иерархическом строении биологических систем, предложен новый подход к биоиндикации почвы, при котором биоиндикационные показатели отражают влияние загрязнителей на различных уровнях: доклеточном, клеточном, популяционном и ценотическом.
На доклеточном уровне организации биологической системы почвы чувствительными к изменению факторов внешней среды являются ферменты. Из большого разнообразия ферментов, выявленных в почве, для биоиндикации использовали аскорбатоксидазную активность. Этот фермент относится к группе оксидоредуктаз, которые связаны с транспортом электронов, участвующих в «дыхании» почвы. Внесенные в почву ионы меди и ртути угнетали активность аскорбатоксидазы на 33 52 % в течение всего периода наблюдений. Внесение в почву ионов кадмия понижало аскорбатоксидазную активность только в первые трое суток инкубации.
Различия в ферментативной активности почвы можно использовать в качестве одного из биодиагностических показателей на загрязнение тяжелыми металлами. Роль ферментов в почве, а также методы определения их активности (каталазы, инвертазы) рассматриваются в работе Ю.Г. Гельцера.
Почва представляет собой систему связанных ферментов. Ферментативные реакции осуществляются не только в ненарушенных клетках. Значительное количество ферментов выделяется в окружающую среду почву. При этом часть их закрепляется на почвенных частицах (иммобилизуется), часть остается в незакрепленном состоянии, часть разрушается. Вся масса ферментного фонда находится в связи с гумусовыми веществами и минеральными коллоидами почвы, то есть в иммобилизованном состоянии. Иммобилизованные в почве ферменты обладают необычной для живых клеток устойчивостью. Каталитическая активность ферментов сохраняется при нагревании почвы до 100 оC в течение трех часов. Благодаря высокой устойчивости иммобилизованных ферментов, велика их роль в экстремальных условиях, когда жизнедеятельность микроорганизмов подавлена (повышенная влажность, воздействие антибиотических препаратов, пестицидов, тяжелых металлов).
Ферменты накапливаются в почве в результате жизнедеятельности почвенных организмов, мезофауны и корневой системы растений, участвуют в биохимических процессах, обеспечивают разрушение первичного органического вещества и синтез вторичного, обогащают почву биогенными элементами и гумусом, обеспечивают важнейшую биогеоценотическую функцию почвы трансформацию веществ и энергии, уже находящихся в ней или поступающих, формируют почвенное плодородие.
Активность ферментов во многом зависит от свойств среды, например, концентрации водородных ионов, температуры, концентрации субстрата. Ферментативная активность является одним из диагностических критериев самоочищения почвы, так как, с одной стороны, она легко определяется в лабораторных условиях с низкой погрешностью, а с другой - очень чутко реагирует на изменение внешних условий. Ее используют при оценке плодородия, окультуренности, эффективности агроприемов, загрязненности. Наиболее часто о биологической активности почвы судят по ферментам, характеризующим процессы материально-энергетического обмена в почве.
На следующем, клеточном уровне организации биологической системы почвы исследуют влияние токсикантов на микробную клетку, определяют степень мутагенного воздействия на нее загрязненных почв. Наиболее распространенными тест-культурами являются E.coli (штаммы WP2 (B), WP67, CM871), а также дрожжи Saccharomycescerevisiae (штамм р.2089, 1732288, Т.7).
В иерархической системе биоиндикации почв важным этапом являются исследования на популяционном уровне. Влияние тяжелых металлов на популяционном уровне изучали на примере культур стрептомицетов. Наблюдения за этими микроорганизмами, выделенными из почв, загрязненных тяжелыми металлами, позволили выявить нейтральную, положительную и отрицательную их реакции на загрязнения. Первая и вторая характеризовались хорошим ростом стрептомицетов, сохранением всех культуральных признаков. Отрицательная реакция популяций стрептомицетов на присутствие тяжелых металлов проявлялась в ухудшении или полном отсутствии их роста. Бактериостатическое воздействие тяжелых металлов вызывало уменьшение количества колоний, их измельчение, частичную или полную утрату культурами воздушного мицелия, обесцвечивание оставшегося воздушного мицелия, утрату пигмента у пигментообразующих культур. Были выделены культуры стрептомицетов, чувствительных к тяжелым металлам, которые могут служить индикаторами загрязнения почв этими металлами: Streptomycesgriseoalbus, S.viridogenes и S. filamentosus.
Следующий иерархический уровень биологической системы почвы ценотический. На этом уровне изучается изменение структурных и функциональных характеристик микробных сообществ почв, загрязненных, например, тяжелыми металлами. В качестве показателей структуры микробногоценоза определяли численность микроорганизмов разных экологотрофических и систематических групп. В работе [1] было показано, что реакция разных трофических блоков микробного ценоза на загрязнения тяжелыми металлами однотипна. В первые трое суток после попадания металлов в почву наблюдался больший или меньший угнетающий эффект, а в последующие сроки численность микроорганизмов восстанавливалась. Основываясь на однотипных реакциях различных трофических групп микроорганизмов, использовали для их объединения формулу расчета интегрального коэффициента сохранности системы, предложенную А.М. Степановым (1991 г.) для характеристики растительных обществ. Интегральный коэффициент сохранности микробной системы (Sm) рассчитывали следующим образом:
где n — число показателей; Хц и yiv — значения i-го показателя в опыте и контроле соответственно.
Этот коэффициент отражает меру изменения численных значений структуры микробного ценоза в загрязненной почве по сравнению с незагрязненной. Значения Sm 100 % на его стимуляцию.
-----------------------------------------------------------------------
Почва является важной составной частью биосферы, в которой происходит обезвреживание (детоксикация) основной массы поступающих в нее органических веществ: растений, деревьев, насекомых, животных – это белки, жиры, углеводы (Б,Ж,У) и продукты их обмена. Они распадаются до образования неорганических веществ – этот процесс называется минерализацией. В результате этого в почве образуется новое органическое вещество – гумус (греч. – перегной). А этот процесс называется гумификацией. Гумус не пахнет, медленно разлагается на составные части, которые усваивают растения. Он очень необходим растениям для полноценного роста.
Вместе оба процесса – минерализация и гумификация, направленные на восстановление первоначального состояния почвы, получили название процессов самоочищения почвы. Это сложный процесс, зависящий от химического состава почвы, ее физических свойств (пористости, воздухо- и влагопроницаемости (например, песок, глина и т.д.), обеспечивающих доступность воздуха и воды, состава микрофлоры и фауны почвы.
Переработка чужого для почвы органического вещества может осуществляться в аэробных и анаэробных условиях. И в тех, и в других условиях «работают» специально приспособленные для этих процессов организмы. Так процесс переработки в аэробных условиях называется гниением и осуществляется насекомыми, червями, грибами и, в основном, микроорганизмами. В анаэробных условиях органические вещества разлагаются неспороносными гнилостными микроорганизмами, вызывающие брожение.
Таким образом, при гниении (аэробном процессе) этапы очищения почвы состоят из: 1) аэрации (оксигенации) – поглощения кислорода; 2) минерализации – распада Б,Ж,У с образованием минеральных веществ и 3) гумификации – синтеза нового органического вещества - гумуса. При этом процессе переработки всегда выделяется тепло – энергия, способствующая размножению соответствующих насекомых и микроорганизмов. У человека процесс гниения наблюдается при застойных процессах в толстом кишечнике (запорах).
Очищение почвы путем брожения (анаэробном процессе) идет с поглощением энергии и образованием зловонных или горючих газов (метана, водорода, аммиака, меркаптанов и др.). Этот же процесс имеет место в кишечнике человека при «несварении желудка».
Рассмотрим процессы переработки Б,Ж,У в аэробных и анаэробных условиях.
Углеводы – в аэробных и анаэробных условиях окисляются до углекислого газа и воды, образуются карбонаты. Этот процесс называется карбонификацией. Часть углеводов идет на строительство организмов – микробов, насекомых, червей.
Жиры – в аэробных условиях медленно окисляются до образования глицерина, жирных кислот, серной кислоты и сульфатов, фосфорной кислоты и фосфатов – процессы сульфидизации и фосфатизации. В анаэробных условиях разложение идет до углекислого газа, водорода (горит с образованием воды - огни на могилах), сероводорода и зловонных газов.
Белки при анаэробном процессе разлагаются до аммиака. При аэробном процессе вначале также образуется аммиак, но в присутствии кислорода переводится микроорганизмами в азотистую кислоту и нитриты, затем при дальнейшем контакте с кислородом – в азотную кислоту и нитраты. Этот окислительный процесс минерализации белков называется нитрификацией и имеет гигиеническое значение: по нему судят о времени попадания белков в почву. При свежем загрязнении – в почве больше аммиака или нитритов, при старом – нитратов. Этими минералами питаются растения и микроорганизмы, строя свои телесные оболочки. Параллельно, другие микроорганизмы восстанавливают нитраты до аммиака и свободного азота. Этот обратный процесс идет с выделением этих газов и называется денитрификацией, вызывающей обеднение почвы полезными азотистыми веществами. То есть, в почве идут одновременно два параллельных процесса: более быстрый – нитрификации и более медленный – денитрификации
Санитарное почвоведение имеет большой круг задач в связи с проблемой обезвреживания различных промышленных, бытовых и сельскохозяйственных отходов; с проблемой географии болезней растений, животных и человека, включая эндемические болезни и патологии; с проблемой борьбы с патогенными и векторными организмами (переносчики инфекций), значительное число которых является почвообитающими; с проблемой защиты растений, животных и человека от радиационного заражения и поражения.
От Олега: по сути своей это экологический аспект связанный с почвой. определение в инете вроде подходит именно под такое восприятие. "Санитарное почвоведение - поиск полезных ископаемых, здравоохранение и охрана окружающей среды от порчи и загрязнения. "
про биотехнологии. что касается биогеотехнологий - (там далее гиперссылка на этот вопрос)то смотрите последний вопрос в разделе что я писал далее. в обязательно порядке в биотехнологиях стоит говорить о: биоудобрениях (ризоторфины и прочая дрянь), гормонах роста (например, гиббереллины), вермикомпостирование. Эти три раздела нам рассказывал он на лекциях у меня записаны они. Остальное - это уже частности, думаю. Например, выделение новых штаммов из почвы с целью получения различных ФАВ(физиологически активных веществ).
Проблема охраны почв от загрязнений и других антропогенных воздействий является одной из важнейших проблем, которая встала в связи с появлением огромного количества промышленных предприятий, химизацией сельского хозяйства, загрязнением почв нефтепродуктами, тяжелыми металлами, выбросами микробиологических предприятий, мутагенами и т.д. В самоочищении почв от загрязнений главную роль играют почвенные микроорганизмы. В процессе изучения влияния тяжелых металлов на почвенную микробиоту, были обоснованы критерии и предложены способы оценки антропогенного воздействия с учетом буферной емкости почв разных типов, специфики действия различных металлов, особенности реакции на них почвенных микроорганизмов. Большой вклад в разработку общих принципов микробиологического нормирования антропогенной нагрузки на почву внес В.С.Гузев, защитивший в 1988 г. докторскую диссертацию на тему "Экологическая оценка антропогенных воздействий на микробную систему почвы". Впервые было сформулировано положение о том, что разные уровни антропогенных нагрузок на микробную систему почвы вызывают разные типы ее модификационной изменчивости. Каждый тип изменчивости охарактеризован определенной адаптивной реакцией. Это
зоны гомеостаза, когда сохраняется нормальная структура комплекса почвенных микроорганизмов,
зона стресса, когда изменяется соотношение исходных групп микроорганизмов,
зона развития резистентных форм и зона репрессии микробной системы почвы.
Были выявлены качественно отличные признаки адаптивных зон и разработаны способы их определения. Были разработаны способы и предложены показатели, которые можно использовать для микробиологической индикации загрязнения почв тяжелыми металлами. Изучение устойчивости почв и почвенных микроорганизмов к воздействию минеральных удобрений проводилось также на основе разработанных В.С.Гузевым способов оценки модификационной изменчивости почв c помощью инициированного микробного сообщества (ИМС). Определялось влияние разных доз минеральных удобрений на видовую структуру инициированного сообщества микромицетов и актиномицетов, а также на активность процессов азотфиксации и денитрификации в почве. Было показано, что устойчивость микробной системы определяется типом почвы, степенью ее окультуренности и видом удобрения. Установлено, что отрицательное действие высоких доз азотных, калийных и полного минеральных удобрений (особенно при условии их длительного применения) проявляется в активизации токсинообразующих микроорганизмов и увеличении их содержания в почве, что приводит к микробному токсикозу почв. При этом использовались разные методы: метод ИМС, сканирующей электронной микроскопии, традиционные методы определения общей численности и таксономического состава комплексов почвенных актиномицетов, дрожжей и микромицетов. Наибольшее индикационное значение имела информация, полученная при изучении секционного состава актиномицетов, видового состава дрожжевых грибов и организации амилолитического(которое ест крахмал) микробного сообщества нефтезагрязненных почв. Было показано, что загрязнение почв нефтью сопровождается изменением физических, химических и агрохимических свойств почв. Была предложена стратегия рекультивации нефтезагрязненных почв, которая базируется на изменении свойств почв, вызванных загрязнением, учитывает естественную деградацию самой нефти и включает 4 последовательных этапа, которые позволяют оптимизировать процессы восстановления почвы, загрязненной нефтью. Отходы и продукты микробиологической промышленности могут выступать в качестве одного из видов загрязнения окружающей среды. Изучалось загрязнение почв микробными популяциями кормовых дрожжей, выращиваемых в промышленных условиях на среде с н-парафинами нефти. Определяли выживаемость в природе этих популяций и анализировали динамику численности других микроорганизмов, включая метанотрофные бактерии. В этой работе был применен популяционный подход, нацеленный на изучение конкретного микроорганизма непосредственно в природной среде с помощью микроскопии на основе методов иммунофлюоресценции. Проводился также посев на селективные среды. Был сделан вывод, что нестерильная почва для данного микробного загрязнения выступает в качестве биофильтра не только при однократном поступлении инокулята, но и при периодическом привнесении клеток в почву. Было предположено, что снижение популяционной плотности дрожжей связано с выеданием дрожжевых клеток, т.е. механизмом хищник-жертва. После резкого сокращения численности популяций в конце опыта скорость отмирания убывала, и гибель происходила из-за конкуренции за питание. Основными факторами, которые влияли на выживаемость вносимой в почву популяции дрожжей, были влажность почвы и исходная популяционная плотность. Аналогичным образом себя вели и популяции промышленных штаммов метанотрофных бактерий (продуцентов меприна), вносимых в почву. По характеру популяционной динамики (отсутствие признаков размножения и стабилизации) все изученные штаммы-продуценты могут рассматриваться как аллохтонная микрофлора (микроорганизмы, наличие которых в определенной экосистеме обусловлено случайным повышением концентрации питательных веществ или появлением новых. В известной мере представители М.а. являются чуждыми данной экосистеме, присутствуют в ней временно, нередко в состоянии покоя. Частный случай М. а. – зимогенная микрофлора почвы, формирующаяся при внесении в нее органических веществ), от которой почва постепенно самоочищается. Одной из широко распространенных форм антропогенного воздействия является рекреационное и пастбищное использование почв. Характерными последствиями этих типов воздействия являются деградация растительного покрова и уплотнение почв. Эти изменения существенно сказываются на почвенной фауне и микробном населении, для которых нарушается среда обитания. В микробной биомассе почв доминируют грибы (микромицеты), они же являются основными деструкторами органического вещества и чувствительны к ухудшению водно-воздушного режима почв, вызванного уплотнением. В результате изучения структурного комплекса миксомицетов был установлен ряд критериев, которые можно использовать в качестве показателей как рекреационной дегрессии лесных почв, так и процессов их восстановления. Эти показатели ñ биомасса мицелия, видовое богатство, характер распределения видов в сообществе, соотношение светло- и темноокрашенного мицелия, индикаторные формы грибов. Чувствительность и устойчивость ряда видов грибов к уплотнению почвы была подтверждена в лаборатории в опытах с чистыми культурами. Работы по анализу негативных изменений в микробных комплексах при деградации почв были продолжены на кафедре в 90-е годы, а их результаты обобщены в одной из глав коллективной монографии "Деградация и охрана почв" (2002). Было показано, что деградация почвенного покрова всегда сопровождается серьезными нарушениями природной структуры и функционирования почвенныхмикробоценозов. Однако возникает методологическая проблема интерпретации наблюдаемых антропогенных изменений: представляют ли они собой очевидное разрушение, деградацию микробного сообщества или их правильней трактовать как направленную адаптивную перестройку. Одним из существенных научных достижений кафедры последних лет является выбор и разработка количественных синэкологических показателей, которые могут быть использованы для оценки наблюдаемых антропогенных изменений в почвенной микробной системе (И.Ю.Чернов, А.С.Кураков, Г.М.Зенова, О.Е.Марфенина, Л.В.Лысак). К таким показателям относятся: индексы информационного и дифференцирующего разнообразия, число видов в сообществе, ранговое распределение относительного обилия видов, частота встречаемости и доминирования видов или более крупных таксонов. В результате сравнения микробных сообществ естественных и нарушенных почв по ряду синэкологических показателей было показано, что негативные изменения структуры микробных комплексов проявляются как в нарушении зонального соотношения содержания различных групп почвенных микроорганизмов, так и в снижении их видового разнообразия, изменении состава, пространственной и временной структуры микробных сообществ. Новые данные были получены по опосредованному влиянию нефти на микроорганизмы за счет изменения водно-воздушного баланса, увеличения гидрофобности почв, дополнительного влияния сопутствующих нефти поллютантов, приводящих к подавлению жизнедеятельности фауны и микроорганизмов. Отсюда следует, что в процессе рекультивации нефтезагрязненных почв необходимо ликвидировать последствия деградации почвы, связанные с нарушением ее биологических, физических, химических и агрохимических свойств. В.С. Гузевым был установлено, что численность углеводородокисляющих бактерий, которые способны к деструкции нефти, может достигать 10 млн. кл./г даже в незагрязненных почвах, но их активность определяется во многом присутствием и концентрацией в почве легкодоступных мономеров. Так, глюкоза, будучи косубстратом, стимулирует активность популяций углеводородокисляющих бактерий, в то время как масляная кислота их ингибирует, переводя в покоящееся состояние. Новые данные были получены в области изучения воздействия тяжелых металлов на комплекс почвенных микроорганизмов. Была произведена оценка методов для индикации загрязнения почв тяжелыми металлами и показано, что наиболее чувствительными являются биохимические и физиологические методы. Особенно эффективным оказалось изучение функциональных профилей микробных сообществ с помощью метода МСТ ó мультисубстратного тестирования (П.А.Кожевин, М.В.Горленко) и метода ИМС ó инициированного микробного сообщества (В.С.Гузев, С.В.Ле- вин, Г.И.Селецкий, 1989-2001).