Геоэкология. Инженерная геология, гидрогеология, геокриология, 2021, № 6, стр. 68-80

ВВЕДЕНИЕ

Разрушение исходных природных комплексов характерно для большей части побережья Татарского пролива и обусловлено строительством и расширением морских угольных и нефтяных терминалов, железнодорожных, автомобильных подъездных путей и других коммуникаций, трансформирующих естественное состояние многочисленных водных объектов и почвенных комплексов прибрежных территорий [19].

При экологических исследованиях потенциально неблагоприятных территорий существует необходимость использовать методологии геохимической экологии, геохимии ландшафтов, почвенной микробиологии и т.п. [11]. На территории Дальнего Востока геоэкологические исследования, в основном, сосредоточены на ландшафтах бассейна р. Амур, побережья Охотского моря и вызваны развитием горнопромышленного комплекса. Ландшафты юго-западного побережья Татарского пролива, их почвенные компоненты остаются малоизученными.

Биогеохимические потоки, связанные с различными поллютантами, сосредоточены в пределах органопрофиля почв, где процессы миграции и аккумуляции элементов контролируются составом органического вещества (ОВ) [15]. В органогенном слое сосредоточены биотические компоненты (водоросли, микроорганизмы, беспозвоночные), участвующие как в преобразовании ОВ, так и являющиеся прямыми предшественниками (биопродуцентами) различных типов ОВ, в том числе алифатических углеводородов (УВ) и летучих органических соединений (ЛОС). Преобразование качественной структуры ОВ является фактором, во многом определяющим физико-химические условия почвы, направленность и интенсивность проявления в ней различных геохимических, биохимических процессов. Именно на состав органической компоненты реагируют микробные сообщества, как в природных, так и в антропогенно-преобразованных экосистемах, играя ключевую роль в процессах гумусообразования [25].

В условиях возрастающего антропогенного пресса на компоненты прибрежных ландшафтов особенно сложно дифференцировать природные и антропогенные уровни загрязнения, поскольку на границе континентов и морей наиболее интенсивно идут процессы рассеивания и концентрирования различных соединений. Для корректной интерпретации полученных данных необходима информация об аборигенных углеводородных параметрах почв, в которых углеводородный комплекс является преимущественно автохтонным [6, 20]. Данные по таким почвам важны для понимания генезиса всех других углеводородных состояний почв, в том числе подверженных влиянию техногенного фактора и наличию аллохтонных углеводородов [23].

Кроме того, для уточнения существующих оценок глобального цикла углерода [15] необходимо получение максимально полной информации о величинах пулов углерода в почвах различного генезиса. Оценка основных пулов ОВ особенно важна для понимания процессов накопления углерода в почвах и углеродного обмена между почвами, атмосферой, гидросферой [3]. Поэтому необходимы исследования по определению источников поступления ОВ в почву, условий и продуктов его преобразования для оценки роли органической составляющей почвы в различных природных условиях. Для этого в настоящее время используют различные критерии молекулярно-массового распределения нормальных алканов (н-алканов) в исследуемом объекте [7, 35] Между тем работ, посвященных изучению состава и концентрации н-алканов в фоновых (незагрязненных) почвах, очень мало. Имеются данные о содержании н-алканов в почвах некоторых ненарушенных ландшафтов [1, 7, 30]. Исследования состава и генезиса ОВ почв прибрежных ландшафтов Дальневосточного побережья практически отсутствуют.

Одним из подходов к разделению (дифференциации) природных процессов образования и трансформации ОВ, формирующих природные (фоновые) уровни ОВ, УВ, ЛОС в почвах и антропогенного воздействия на них, на наш взгляд, является исследование состояния почвенного компонента ландшафтов в зимний (межвегетационный) период. Зимний период характеризуется затуханием большинства биохимических процессов в почве и фиксирует состав ОВ и биотических компонентов на конец вегетационного периода. Зимой деятельность микроорганизмов ограничена температурой, поэтому вещества, (природные и антропогенные), накопившиеся в летний период, не подвергаются активной биотрансформации. Также в этот период исключается миграция веществ по профилю почв и с поверхностным стоком. Поступление органических веществ за счет атмосферного переноса ограничивается снежным покровом, что до теплого периода исключает пространственную миграцию поллютантов. Предполагается, что в зимний период наиболее ярко проявляются различия в составе ОВ и связанных с ним биотических компонентов в разных типах почв.

Целью работы являлось исследование состава и содержания ОВ и связанных с ним биотических компонентов (микроорганизмов и фитопигментов) в почвах Ванинского воднотранспортного узла на побережье Татарского пролива в зимний период.

ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ

Территория исследования относится к бассейну Японского моря и представлена глубоко вдающимися в сушу бухтами и многочисленными (более 100) малыми реками, впадающими в море через устьевые озера и в большей или меньшей степени открытые в сторону моря. Климат района исследований умеренно континентальный, формируется под влиянием муссонных процессов, с умеренно холодной снежной зимой и умеренно теплым летом [21]. Средняя годовая температура воздуха – +1.1°С, осадков за холодный период года выпадает от 160 до 300 мм. Средняя глубина промерзания – 155 см. Снежный покров появляется в начале ноября, сходит в конце апреля. Средняя из наибольших декадных высот снежного покрова за зиму − 69 см. Район исследования по принадлежности к морфоструктурам – холмисто-увалистый ландшафт. По геоморфологическим условиям участок относится к эрозионно-денудационному. Места для почвенных разрезов выбраны в границах водоохраных зон устьевых областей малых рек Мучке и Токи, которые согласно ВК РФ составляют 100 м (рис. 1).

Рис. 1.

Карта-схема района исследования. 1 – точки отбора почвенных образцов, 2 – автомобильная дорога, 3 – железная дорога, 4 – полигон твердых коммунальных отходов, 5 – нефтехранилище.

Ближайшие промышленные объекты − ООО “Ванинская морская судоходная компания” (минимальное расстояние 1224 м в юго-западном направлении), ООО “Токинский лесопильный завод” (1339 м в юго-западном направлении). На правобережной части водосбора р. Токи находится полигон ТКО пгс Ванино. На правом берегу оз. Мучке находится нефтехранилище. В бухте Мучке находится транспортно-перегрузочный комплекс АО “Дальтрансуголь”.

Почвы побережья Татарского пролива представлены двумя основными типами – буроземами и торфяными почвами. На водосборной площади р. Мучке и одноименного озера отмечены буроземы (Cаmbisols): типичный глеевый (разрез 1М) и оподзоленный бурозем (разрез 2М). Названия почв в скобках даны в соответствии с классификацией почв WRB [31]. Для этого района характерно мелколесье. В видовом составе древесного яруса помимо берез и лиственниц встречается осина.

Часть почвенного покрова водосбора р. Мучке составляют техноземы (Technosols). Они диагностированы в почвенных разрезах 3М, 4М и представляют собой почвы, в которых верхняя часть горизонтов полностью трансформирована. Глубина трансформации достигает 40–50 см и более. Данный вид почв распространен вдоль автомобильной трассы Совгавань–Монгохто, где ранее проводились земляные работы с отсыпкой техногенными грунтами. В настоящее время идет развитие естественных почвообразовательных процессов, характерных для посттехногенной фазы, почвы покрыты сорной рудеральной травяной растительностью и постоянно подвергаются загрязнению веществами автомобильных выхлопных газов. По составу они представлены щебнем, дресвой, галькой и гравием, суглинком, супесью, доля артефактов составляет 10–20%.

Для водосбора р. Токи характерны торфяные эвтрофные почвы (Еuthrophic Histosols). Они занимают в рельефе наиболее пониженные, болотистые участки, где распространены вейниково-осоковые сырые кочкарные луга. Древесные породы (в основном лиственница) произрастают на верховых болотах в угнетенном состоянии или образуют особые болотные экологические формы. Растительный покров характеризуется господством сфагновых мхов, вересковых кустарничков (багульник, голубика, подбел, клюква), пушиц, росянок. В профиле разреза 1Т (0–16 см) торф коричневый слаборазложившийся, мокрый, уплотнен, задернован, упругий, переход постепенный. В профиле 2T (0–39 см) – торф среднеразложившийся, серовато-коричневый, мокрый, слегка уплотнен, переход постепенный. В профиле 3Т (0–60 см) торф хорошо разложившийся, мокрый, темно-серый.

Работы проводили в предвегетационный период – во второй декаде марта 2019 г. Средняя температура воздуха в марте 2019 г. составляла +0.1°С. Температура почвы минус 4°С. Отбор проб почвы осуществлялся после снятия снежного покрова с глубины 0–20 см, в соответствии с требованиями ГОСТ 17.4.4.02-2017¹¹. Масса объединенной пробы составляла 1 кг. Точки почвенных разрезов представлены на рис. 1.

Определение рН, удельной электропроводности (УЭП) и минерализации (М) водной вытяжки из почв проводили с помощью измерителя комбинированного Seven Multi S-47k, Mettler-Toledo (Швейцария). Содержание С_орг в почвах определяли гравиметрическим методом согласно ГОСТу 26213-91²². Фотосинтетические пигменты определяли согласно стандарту³³ в модификации Л.Е. Сигаревой [24]. Концентрацию пигментов определяли спектрофотометрическим методом на спектрофотометре модели UVmini-1240 производства фирмы “Shimadzu”, Япония.

Определение содержания УВ в почвах выполняли по методике ПНД Ф 16.1:2.2.22–98⁴⁴. Измерения концентрации УВ проводили на концентратомере КН-2М (Сибэкоприбор, Россия). Элюаты четыреххлористого углерода использовали для хроматографического анализа н-алканов (содержания и состава), который осуществляли методом капиллярной газовой хроматографии на газовом хроматографе Кристалл 5000.1 (Хроматэк, Россия), оснащенном пламенно-ионизационным детектором при программировании температуры от 60 до 320°С со скоростью 7° в мин (длина колонки 30 м, жидкая фаза ZB-5).

Анализ ЛОС проводили методом парофазного анализа в сочетании с газовой хроматографией на хроматографе Кристалл-5000.1, детектор пламенно-ионизационный, капиллярная колонка HP FFAP 50 м × 0.32 мм × 0.32 мкм, при температуре от 50 до 200°С^55,66. Для определения содержания ЛОС в почвах навеску нативных образцов в количестве 10 г помещали во флакон объемом 20 см³, закупоривали крышкой с тефлоновой прокладкой, выдерживали 30 минут при 90^оС. Затем шприцом брали 1 см³ паровой фазы и вводили в детектор хроматографа. Идентификация компонентов ОВ осуществлялась программой Хроматек-аналитик 2.5 версия 2.5.8.0 ЗАО СКБ “Хроматек” 1995–2005. Хроматографические анализы выполняли в Центре экологического мониторинга ИВЭП ДВО РАН (аналитик Г.М. Филиппова).

Микробиологические анализы почвы производили согласно общепринятым в почвенной микробиологии методам [10]. Результаты выражали в колониеобразующих единицах на грамм абсолютно сухой почвы (КОЕ/г).

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

В табл. 1 представлена физико-химическая характеристика исследованных почв. Минерализация почвенной вытяжки варьировала от 45.8 до 211.5 мг/л, соответственно изменялась величина УЭП, которая превышала 423 мкСм/cм. Величина рН находилась в пределах 4.0–5.85, наиболее кислая реакция среды отмечена в торфяных почвах (1Т и 2Т). Влажность торфяных почв закономерно увеличивалась по сравнению с другими типами почв исследованной территории. Содержание С_орг тесно связано с типом почв. Так, в торфяных почвах водосбора р. Токи содержание С_орг было выше, чем в буроземах и техноземах и составляло 42–45%. Для торфяных почв северо-восточной части о. Сахалина было показано [16], что более 60% общего запаса С_орг сосредоточено в верхнем горизонте профиля.

Согласно данным Ю.И. Пиковского [22], содержание нефтепродуктов в почве до 100 мг/кг считается “фоновой” концентрацией. В почвах водосбора р. Мучке содержание УВ составляло 110–210 мг/кг, что соответствовало уровню “повышено фоновый”. Однако торфяные почвы водосбора р. Токи отличались более высоким (590–2780 мг/кг) содержанием УВ. Такой уровень по вышеуказанной классификации характеризуется от “умеренного” до “сильного” загрязнения и значительно превышает содержание УВ в мерзлотных почвах Якутии районов нефтедобычи, где среднее содержание УВ было на уровне 697 мг/кг [8]. Вместе с тем доля УВ от С_орг в большинстве исследованных образцов почвы не превышала условной границы допустимой перегрузки – С_УВ/С_орг = 0.26% [14]. Исключение составляла торфяная почва водосбора р. Токи (1Т), где высокий (0.54%) уровень углеводородной перегрузки сопровождался высоким содержанием С_орг и УВ, что обусловлено близостью полигона хранения ТКО. Миграция УВ по профилю почв в зимний период ограничена промерзанием водной фазы. В летний период переход УВ и их производных в водную фазу при гидролитических процессах приводит к выносу водами с 1 кг торфа до 40 мг органики, в которой доля нефтепродуктов достигает 0.7 мг/дм³ [20].

Формирование состава органического вещества определяется многими факторами, в том числе количественным и качественным составом первичных продуцентов, поступлением органических поллютантов (антропогенное воздействие), деятельностью микробных сообществ и педобионтов, участвующих в процессах трансформации ОВ. Для южно-таежной зоны Западной Сибири было показано, что преимущественное развитие определенных растительных ассоциаций обусловливает накопление органических веществ, существенно различающихся по химическому составу [13].

Различные продуценты отличаются по пигментному составу, поэтому для оценки их распределения использовали данные по содержанию отдельных фитопигментов и суммарное содержание в почвах хлорофилла а (хл а), хлорофилла b (хл b), хлорофиллов c (хл c) и каротиноидов (кар).

В торфяных почвах суммарное содержание фитопигментов изменялось от 202.2 до 424.6 и в среднем составляло 310.5 мкг/г (рис. 2). Максимальное содержание выявлено в торфяной почве (образец 1Т), отобранной на правом берегу р. Токи, минимальное – в почве, отобранной в лиственничнике (3Т). В почвах территории водосбора р. Мучке суммарное содержание фитопигментов варьировало от 25.7 до 69.4 мкг/г и в среднем было в 6.5 раз ниже, чем в торфяных почвах. При этом их среднее содержание в буроземах М1 и М2 находилось на уровне такового в техноземах (М3, М4) и составляло 47.8 и 47.5 мкг/г, соответственно, что свидетельствует о процессе восстановления органогенного горизонта техногенных почв. Доля хл а составляла от 6.9 до 31.5% при максимуме в составе пигментов торфяной почвы (1М). Хлорофилл b содержался в количестве 7.1–12.9% от суммы пигментов, а содержание хл c варьировало от 10.6 до 19.2%.

Рис. 2.

Содержание фитопигментов в почвах: 1 – хл а; 2 – хл b; 3 – хл c; 4 – каротиноиды; 5 – сумма фитопигментов.

Величина отношения хл а/кар варьировала от 0.09 до 0.68, т.е. в составе пигментов доминировали каротиноиды. Аккумулируясь в почвах, каротиноиды становятся источником высокомолекулярных (С₄₀) углеводородов. В летний период растительный материал, поступающий в почву, или образующийся в ризосфере непосредственно в почве, включается в трофические цепи и многократно используется консументами, разлагается гетеротрофами, а зимой фитопигменты консервируются до начала теплого периода.

В зимний период для почвенных микроорганизмов лимитирующими факторами являются температура, высота снежного покрова, наличие опада, а также низкое содержание свободной воды. Вместе с тем микроорганизмы способны выживать даже в условиях вечной мерзлоты. Почва является гетерогенной системой с обилием микрозон благоприятных для сохранения и развития микроорганизмов, но не все бактерии и микромицеты устойчивы к низким температурам, часть из них погибает, и общее число их уменьшается. Наибольшая численность гетеротрофных бактерий (ОЧГ), в том числе и нефтеокисляющих (НОБ), отмечена в техногенной почве (образец 4М), отобранной вблизи несанкционированной свалки, минимальное – в торфяной почве (1Т) (рис. 3).

Рис. 3.

Численность эколого-трофических групп микроорганизмов в почвах побережья Татарского пролива в зимний период: 1 – общая численность гетеротрофов (млн КОЕ/г) 2 – нефтеокисляющие бактерии (млн КОЕ/г); 3 – микромицеты (тыс. КОЕ/г); 4 – актиномицеты (млн КОЕ/г).

Средний показатель ОЧГ в техногенных почвах водосбора р. Мучке был 56.8 млн КОЕ/г, что почти в 5 раз выше, чем в буроземах и в 14.5 раз выше, чем торфяных почвах водосбора р. Токи. Такие показатели численности микроорганизмов в зимний период сравнимы с таковыми для мерзлотных почв Якутии (40 млн КОЕ/г) [12]. При этом максимальная численность НОБ в исследованных нами техногенных почвах достигала 30.5 млн КОЕ/г и составляла от 18 до 87% от ОЧГ, тогда как численность НОБ в мерзлотных почвах района нефтедобычи в Якутии составляла только 0.5–10.0 млн КОЕ/г, а их доля от ОЧГ была лишь 0.2–3.3%, что указывает на более высокую потенциальную активность почв побережья Татарского пролива к деструкции УВ нефти по сравнению с мерзлотными почвами Якутии.

Микромицеты, в отличие от бактерий, всегда имеют активную (мицелий) и покоящуюся (споры разных размеров) биомассу. Установлено [17], что споры микромицетов малых размеров так же, как мелкие бактерии, лучше переносят сверхнизкие температуры по сравнению с крупными формами. Некоторые виды почвенных грибов приспособились к развитию в низкотемпературных условиях и могут успешно развиваться под снегом при около нулевых температурах [34]. В исследованных нами буроземах и техноземах численность данной группы микроорганизмов была достаточно стабильна и составляла 34.4–38.4 тыс. КОЕ/г, что значительно выше численности микромицетов в нефтезагрязненных почвах Якутии, где она составляла 0.08–1.0 тыс. КОЕ/г [12]. В торфяных почвах численность микромицетов изменялась от 1.5 до 21.9 тыс. КОЕ/г, что вероятнее всего обусловлено высокой влажностью торфяных почв. В то же время торфяные почвы отличались максимальным разнообразием микромицетов. В данных почвах выделено 10 видов микроскопических грибов, относящихся к 5 родам. Это Aspergillus wentii, As. nidulans, Verticillium chlamydosporium, Ver. lecanii, Ver. nigrescens, Acremonium strictum, Trichoderma polysporum, T. hamatum T. viride, Mucor sp. Сравнительно мало в исследованных почвах актиномицетов (0.3–1.5 млн КОЕ/г), в торфяных почвах они не были обнаружены, что свидетельствует о слабой минерализации органического вещества, а также о низкой устойчивости данной группы микроорганизмов к низким значениям рН. Кроме этого актиномицеты не выносят переувлажнения, типичного для торфов. Снижение как общей численности микроорганизмов, так и эколого-трофических групп бактерий в торфяных почвах водосбора р. Токи богатых ОВ вероятнее всего обусловлена не только влиянием низких значений рН (4.08–4.69), высокой влажности, но и присутствием токсичных веществ, в том числе “сфагнолов”в торфе [9]. Наши данные согласуются с исследованиями по влиянию типа почвы на состав микробных сообществ, который определяется величиной рН, а также качеством и количеством ОВ почвы [39].

Предельные углеводороды или н-алканы признаны удобными маркерами для получения первичной геохимической информации об источниках происхождения ОВ. При этом используют различные критерии молекулярно-массового распределения н-алканов в исследуемом объекте. Это индексы нечетности (CPI и ОЕР) и группы характерных гомологов [6, 35].

Содержание н-алканов в исследованных почвах варьировало от 2.14 до 9.67 мкг/г, что находится на среднем уровне их содержания в верхнем органогенном горизонте почв разных биоклиматических зон [23]. Среднее содержание н-алканов в торфяных почвах водосбора р. Токи было в 3 раза выше, чем в почвах водосбора р. Мучке (табл. 2).

Состав н-алканов отличался по диапазону идентифицированных гомологов: в составе н-алканов техногенных почв 3М и 4М встречались короткоцепочечные гомологи С₁₁–С₂₀, тогда как н-алканы торфяных почв были представлены исключительно длинноцепочечными гомологами С₂₅–С₃₉. Другим отличием состава н-алканов в почвах является разница в величине индекса нечетности (CPI), которая для УВ почв водосбора р. Мучке была меньше 1 (CPI = 0.43–1.0), а для водосбора р. Токи – больше 1 (CPI = 1.1–2.68), т.е. органическое вещество в почвах водосбора р. Токи в малой степени преобразовано, что характерно для торфяных почв. В почвенном образце 4М обнаружен фитан, присутствие которого, наряду с величиной ОЕР_С19 = 1.08, указывает на влияние микроводорослей в формировании состава ОВ. Наличие короткоцепочечных н-алканов С₁₀–С₁₂ без существенного различия по четности-нечетности выявленное в образцах 3М и 4М может быть связано с загрязнением почвы нефтепродуктами и частицами угля [38]. Кроме этого, низкомолекулярные н-алканы могут попадать в почву при горении растительности [32]. Высокомолекулярные н-алканы в почвах находятся в различной степени преобразования, на что указывает различие в величинах индекса ОЕР.

Наши исследования показали, что в торфяных почвах доминирует слабо преобразованное ОВ, на что указывает относительно высокое содержание доли н-алканов синтезированных высшей растительностью ∑С₂₅,С₂₇,С₂₉,С₃₁ = 25.74–34.54, при доминировании гомологов с нечетным количеством атомов углерода в составе н-алканов [38]. При исследовании состава н-алканов различных типов торфов и растений торфообразователей было показано [27], что величина CPI для н-алканов торфов меняется от 2 до 8 в зависимости от ботанического состава и условий залегания. Для н-алканов верхнего горизонта торфяных почв величина CPI составляла 1.19–2.68, что, вероятно, обусловлено вкладом как низших растений (сфагнумовые мхи), так и опадом высших растений. Известно [28], что основными источниками н-алкана С₂₃ в почвах являются моховые сообщества, С₂₇–С₂₉ – кустарниковые и древесные сообщества, С₃₁ – травянистые сообщества. Отклонения в длине углеродной цепи могут наблюдаться из-за различной степени биодеградации соединений в почве, на что указывают различия в величине индекса ОЕР, характеризующего степень преобразования ОВ. По совокупности указанных маркеров в составе ОВ исследованных почв, в основном, преобладает ОВ синтезированное сосудистыми растениями. В исследованных торфяных почвах доминирует высокомолекулярные н-алканы, входящие в состав “торфяных битумов”, близких по своим свойствам почвенным липидам [7]. Преобладание соединений с нечетным числом атомов углерода в органогенных горизонтах торфяных почв обусловлено микробиологической трансформацией высшей и низшей растительности, а также слабой миграционной способностью “нечетных” н-алканов [4]. При появлении в почвах техногенных н-алканов это соотношение меняется в сторону увеличения доли четных атомов углерода. Такая картина наблюдалась нами в техногенных почвах, где величина CPI варьировала от 1.0 до 0.43. Также в этих почвах были идентифицированы отдельные н-алканы (С₁₀–С₂₀), входящие в состав нефтепродуктов. Обычно легкие н-алканы в первую очередь подвергаются фотохимической и микробиологической деструкции, но в зимний период они сохраняют свою структуру.

Массовая доля н-алканов в совокупности с величиной CPI является индикатором глубины гумификации растительных и животных остатков в почве [4]. По данному признаку распределение н-алканов в верхнем горизонте торфяных почв носит аккумулятивный характер и связано с высоким (42–45%) содержанием С_орг. Механизм образования насыщенных углеводородов в процессе педогенеза в почвах практически одинаков [4]. Количественные отличия, в частности, достаточно высокая доля ∑С₂₀–С₂₅ = 19.66–20.54% в техногенных почвах характеризует достаточно высокий вклад микробной и/или микробно-деструктивной составляющей в восстановление их органогенного горизонта. Аналогичные результаты были получены нами [5] при исследовании техногенных грунтов городской промзоны.

Особое место среди органических веществ в почве занимают ЛОС, которые имеют в основном двойной генезис. Они могут быть спутниками нефтяного загрязнения, а также образовываться в почве в результате микробиологического преобразования углеводных и углеводородных субстратов. Известно [26], что в процессе деструкции нефти наблюдается уменьшение доли насыщенных алифатических структур, накопление ароматических углеводородов и кислородсодержащих соединений, которые являются промежуточными продуктами метаболизма при микробном окислении углеводородов нефти. В зимний период при отсутствии миграции ЛОС в сопредельные среды суммарное содержание ЛОС в исследованных почвах составляло 2.7–25.0 мг/дм³, (в среднем 13.21 мг/дм³) (табл. 3). Источниками ЛОС бензольного ряда обычно являются нефть и уголь [33]. Бензол подвержен микробиологическому разложению в почвах. Уровни его деструкции определяются содержанием ОВ в почвах, обеспечивающим активность углеводородокисляющих микроорганизмов [37].

Нормативные документы по содержанию большинства ЛОС в почвах в настоящее время отсутствуют. Определены ПДК некоторых ароматических соединений: бензола, толуола, ксилолов – 0.3 мг/кг и изопропилбензола – 0.5 мг/кг⁷⁷, позволяющие ориентировочно оценить степень загрязнения почв.

Обращает на себя внимание относительно высокое (от 3.66 до 12.95 мг/дм³) содержание метанола в исследованных почвах. Вероятнее всего это обусловлено тем, что метан, образующийся в процессе метанового брожения органических веществ в период вегетации, накапливается в почве, где происходит его гидроксилирование с образованием метанола, который сорбируется ОВ и минеральными частицами почвы. При антропогенных нарушениях, чаще всего создаются неблагоприятные условия для развития метанотрофов и/или ограничиваются диффузия и перенос метана к метанотрофам, что способствует снижению потребления метана и, соответственно, уменьшению содержания продуктов его окисления [29]. Процессы трансформации метана могут осуществлять многие представители метанотрофных бактерий, в частности бактерии сем. Methylocystaceae и Proteobacteria [18]. Метанотрофы развиваются в условиях, где существует взаимодействие между кислородными и бескислородными средами. Оптимальная активность большинства метанотрофов приурочена к обстановкам с рН, близким к нейтральным величинам, мезофильным температурным режимом и низкой соленостью [36].

Подавляющее большинство идентифицированных в почве ЛОС являются веществами нерастворимыми или слаборастворимыми в воде, поэтому в почве они присутствуют в составе микропленок или эмульсий и, соответственно, мигрировать по почвенному профилю, а также поступать с поверхностным стоком в водотоки в теплый период будут именно в виде водных эмульсий, а не истинных растворов [2]. Включение в метаболические процессы неустойчивых и устойчивых подвижных продуктов трансформации (спиртов, альдегидов, кетонов, сложных эфиров и других оксисоединений) имеет явные негативные последствия, поскольку основная часть этих соединений экологически опасна.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В настоящее время усиливается тенденция изучения почв с учетом их взаимодействия со смежными средами: атмосферой, земной корой и гидросферой [3]. Почву стараются рассматривать не изолированно, а как важное звено в сложных системах “атмосфера ↔ почвы ↔ грунтовые воды”; “атмосфера ↔ почвы ↔ гидросфера”. Исследование почвы в зимний период, при отсутствии таких взаимодействий может служить одним из подходов к пониманию процессов, протекающих в почвах, а качественный и количественный состав ОВ и связанных с ним биотических компонентов в зимний период рассматривать как фоновое состояние, позволяющее зафиксировать результаты вегетационной деятельности в различных типах почв.

В зимний период в почвах законсервировано ОВ, различного химического состава и генезиса. В течение зимнего периода лабильные органические вещества почвы защищены от биодеградации и миграции в сопряженные среды, а вещества с устойчивой структурой стабилизированы вследствие ограничения влияния физико-химических факторов. Таким образом, зимний период является наряду с геохимическими барьерами, дополнительным барьером на пути миграции ОВ из почв.

Установлено, что углеводороды в торфяных почвах способны формировать уровни, значительно (в 6–28 раз) превосходящие их фоновый показатель. Сопоставляя данные по содержанию УВ и результаты молекулярного и группового состава н-алканов в торфяных почвах, можно заключить, что природные н-алканы торфов могут стать причиной возникновения дополнительного углеводородного фона, который с помощью применяемого метода ИК-спектрофотометрии идентифицируется как нефтяные углеводороды.

Содержание фитопигментов в почве отражает состав продуцентов, участвующих в обогащении почв органическим веществом. В составе пигментов всех типов почв преобладали каротиноиды (хл а/кар = 0.09–0.68), что, вероятно, характерно для межвегетационного периода, так как каротиноиды в большей степени, чем хлорофиллы устойчивы к окислению и микробной трансформации.

Анализ пигментного состава почв и распределения молекулярных маркеров (н-алканов) показал, что в формировании торфяных почв района исследования доминирующую роль играют травянистые растения. В процессе восстановления органогенного горизонта техногенных почв заметную роль играет микробная и/или микробно-деструктивная составляющая, что подтверждается высокой численностью гетеротрофных, в том числе нефтеокисляющих бактерий.

Зимние условия способствуют стабилизации и сохранению ЛОС в органогенном горизонте почв. В теплый период года органические вещества, в том числе УВ и ЛОС, содержащиеся в почвах прибрежных ландшафтов вместе со стоком могут попадать в малые реки, а затем в морскую акваторию.

Авторы выражают благодарность в.н.с. ИВЭП ДВО РАН, к.б.н. М.А. Климину за помощь в выполнении анализов и н.с. ИГД ДВО РАН А.М. Кошель-кову за отбор почвенных образцов.