WWW.KNIGA.SELUK.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА - Книги, пособия, учебники, издания, публикации

 

Евдокимова Г.А.

Институт проблем промышленной экологии Севера КНЦ РАН

МИКРОБНЫЙ КОМПОНЕНТ ПРИРОДНЫХ

И ТЕХНОГЕННЫХ СИСТЕМ СЕВЕРА

Введение

В статье приведены результаты исследований сотрудников лаборатории экологии микроорганизмов,

вошедшие в Отчет о деятельности РАН в 2004 г. В первой части статьи оценены микробные ресурсы различных

природных зон Кольского полуострова. На основе этих данных составлена карта биогенности почв, характеризующая потенциальное почвенное плодородие, способность почв к самоочищению и их устойчивость к загрязнению. Карта включена в Экологический атлас Мурманской области.

Более 20 лет мы проводили комплексное исследование динамики биологических и химических свойств окультуренной подзолистой почвы, интродуцированной в зону воздействия предприятия цветной металлургии (на примере комбината “Североникель”). Выявлен принцип неравномерности темпов изменения различных свойств почвы, определена скорость накопления тяжелых металлов в почве, установлены пределы устойчивости бактерий и грибов к меди и никелю.

Далее были проведены многолетние наблюдения за восстановлением химических и биологических свойств почвы, загрязненной воздушными выбросами комбината цветной металлургии. На основании полученных данных определен период удаления тяжелых металлов из почвы до уровня их ПДК, оценена роль микроорганизмов в снижении металлотоксикоза почвы.

Наряду с хорошо изученной проблемой изменения экосистем в результате воздействия медноникелевых комбинатов существует проблема загрязнения природы другими крупными добывающими и перерабатывающими предприятиями Мурманской области, в частности Кандалакшским алюминиевым заводом. Оценены уровни годовых нагрузок фторсодержащих соединений, макро- и микроэлементов, содержащихся в воздушных выбросах завода, на почву, почвенную биоту и растительность. Выделено три зоны по степени загрязнения почв и растительности под воздействием алюминиевого завода, что позволит экологически правильно подойти к выбору площадки под строительство новой очереди данного предприятия.

Жизнь и роль микроорганизмов в изменении среды их обитания в верхней части литосферы изучены чрезвычайно слабо. Нами определена численность, биомасса, разнообразие бактерий и микроскопических грибов в ряде подземных горных выработок Северо-восточной Фенноскандии и изучена их способность к биосорбции тяжелых металлов.





В последние годы совместно с коллегами из ГоИ КНЦ РАН мы провели исследования функциональной активности бактерий в процессе переработки апатит-нефелиновой руды на обогатительных фабриках. Выявлено отрицательное воздействие бактериальной составляющей оборотных вод на флотацию апатита из руды. Разрабатываются мероприятия по снижению этого воздействия.

Совместно с коллегами из ПАБСИ КНЦ РАН исследуется проблема первичного почвообразования на нефелиновых хвостохранилищах, имеющая как фундаментальную, так и прикладную значимость.

Микроорганизмы составляют основной генофонд, противостоящий изменениям биосферы на нашей планете. Высокая численность и темпы роста, разнообразие физиолого-биохимических свойств, полифункциональность, высокие адаптационные способности определяют важнейшую роль микроорганизмов саморегулирование биосферы Земли. Они заселяют, казалось бы, самые непригодные для жизни ниши биосферы и в результате своей жизнедеятельности изменяют окружающую среду. Основная функция микроорганизмов деструкция органических веществ, как природного так и антропогенного происхождения. В результате этого процесса они возвращают в атмосферу углекислоту, необходимую для фотосинтеза растений. Кроме того, в процессе деструкции органического вещества постоянно освобождаются биогенные элементы, для питания высших растений. Однако часть биогенных элементов перехватывается микробиотой и временно становится недоступной растениям. Биогенная аккумуляция предопределяет накопление элементов в верхней, наиболее функциональной части почвенного профиля. Она противостоит их гравитационному выносу. Вместе с микробной массой часть органического углерода и азота долговременно аккумулируется в гумусе - источнике питания и энергии для растений и микроорганизмов.

Процессы синтеза и ресинтеза гумуса осуществляются почвенной биотой, и в каждой географической зоне они сбалансированы соответственно конкретным климатическим условиям. Микробиота почв высоких широт отличается от микробиоты почв более южных районов рядом специфических черт, обусловленных особенностями среды их обитания. Микроорганизмы северных почв развиваются в условиях холодного климата, в относительно бедных питательными элементами почвах. Растительный опад здесь обогащен значительным количеством трудноразлагаемых соединений. Вследствие этого среди микробиоты северных почв преобладают мезо- и психротолерантные и олиготрофные, микроорганизмы. Адаптация микробиоты к экстремальным природным условиям выражается также в ограничении ее разнообразия и особенностями метаболизма. В частности, для микробиоты тундры и северной тайги характерна высокая продуктивность в течение короткого летнего периода (Евдокимова, 1973; Паринкина, 1989). Мы выделяем еще один механизм адаптации бактерий и грибов к экстремальным природным условиям. Он проявляется в “карликовости” клеток бактерий и уменьшении диаметра грибного мицелия. Известно, что карликовость - это энергетически более выгодная форма существования клетки.





Все эти особенности микробиоты способствуют поддержанию гомеостаза экосистем современной Субарктики.

Одной из главных задач, стоящих перед нашей лабораторией в последнее десятилетие, является оценка микробных ресурсов и характеристика экологического и таксономического разнообразия микробного компонента почв различных природных зон Северо-восточной Фенноскандии. Часть работы была выполнена в рамках совместного проекта с норвежским сельскохозяйственным университетом (s) и Университетом г. Бергена.

Если рассматривать биологические ресурсы Планеты с биоцентрической, а не с антропоцентрической точки зрения, то под биоресурсами следует понимать все многообразнообразие живых организмов, населяющих биосферу, независимо от их важности и полезности для человека. “Биоресурсы – это все живые средообразующие компоненты биосферы… с заключенным в них генетическим материалом” (Реймерс (1990), Все организмы, населяющие биосферу, необходимы для ее нормального функционирования. Причем в понятие “микробные ресурсы” следует включать не только знания о биомассе и таксономическом разнообразии микроорганизмов, но и их функциональное разнообразие.

Биомасса прокариотных организмов велика, причем большая их часть до сих пор остается не только не изученной, но и не выявленной. Мы определили величину микробной массы в Al-Fe-гумусовых подзолах тундры, лесотундры и северной тайги. Этот тип почв доминирует на Кольском п-ве. Методологической основой исследований явился биогеографический подход, основанный на изучении микроорганизмов с учетом почвенных, растительных, климатических и орографических характеристик региона.

Биогеографический подход системно связывает географическую и экологическую концепции в развитии микробиоты.

Самая высокая суммарная биомасса бактерий и микроскопических грибов по всему почвенному профилю выявлена под еловыми лесами (рис. 1, табл. 1.). Наиболее заселен микроорганизмами органогенный горизонт. Грибной компонент в этом горизонте доминирует над бактериальным, что особенно ярко проявляется в тундре и под ельниками. Длина грибного мицелия достигает здесь сотен метров в 1 г почвы.

В минеральных горизонтах биомасса бактерий, как правило, превосходит грибную. В этих горизонтах бактериальная биомасса в почвах лесной зоны выше, чем в тундре, т.е. в верхних горизонтах почв тундры доминирует грибной компонент и лишь в иллювиальном горизонте биомасса грибов снижается из-за уменьшения аэрации.

Таблица 1.

Суммарная биомасса микроорганизмов (бактерии + грибы) в почвах Кольского полуострова (в горизонтах А0, А2 и В) Биомасса, кг/га Lim, Число Экосистема кг/га образцов сырая сухая Тундра 973 ± 109 195 8 - 2100 Лесотундра 1159 ± 194 232 14 - 2250 Известно, что чем мельче организм, тем быстрее он размножается. Рассчитанное число генераций бактерий в зоне тундры может достигать 6-8 генераций за месяц вегетационного периода, в зонах лесотундры и тайги – 4-5, т.е. столько раз микробная масса может «оборачиваться» за сезон.

Количественные микробиологические показатели, в частности “коэффициент зрелости” (отношение численности микроорганизмов, определенных методом микроскопирования к численности микроорганизмов, определенных методом посева), характеризуют лесные системы как более зрелые по сравнению с экосистемами тундры. Минеральные почвенные горизонты на основании этого коэффициента характеризуются также как более устойчивые, зрелые системы по сравнению с подстилкой, для которой присуща высокая динамичность и гетерогенность во времени и пространстве.

Рис. 1. Биомасса микроорганизмов (на сырую массу, кг/га) в экосистемах Кольского полуострова.

На основании знаний о количестве микробной массы разработан критерий биогенности почвы (БП), характеризующий потенциальное плодородие почвы и ее способность к самоочищению. В основу его легла идея Т.В.Аристовской (1988) о потенциальном и актуальном почвенном плодородии. Критерий рассчитывается по количеству микробиомассы (Бмикр.), приходящейся на единицу органического вещества почвы (Сорг.) с учетом обогащенности его азотом (Nорг.):

БП = (Бмикр./Сорг.) х (Nорг./Сорг.) х 104, где БП – безразмерная величина, остальные показатели выражены в т/га.

На основе этого критерия составлена карта биогенности почв Кольского полуострова (Экологич. атлас…, 1999). Почвы Мурманской области по их потенциальному плодородию и устойчивости к загрязнению разделены согласно предложенному критерию на три группы:

1. Почвы с низкой биогенностью, БП2: примитивные, иллювиально-гумусовые тундровые и иллювиально-железистые подзолы.

2. Почвы со средней биогенностью, БП=2-8: лесотундровые иллювиально-гумусовые подзолы, гумусово-железистые подзолы, иллювиально-многогумусовые подзолы, торфяно-подзолистые иллювиально-гумусовые, торфяно-болотные верховые.

3. Почвы с высокой биогенностью, БП8: – торфяно-болотные переходные.

Значительные территории на Кольском полуострове подвержены техногенной трансформации, ведущей к изменению состава и свойств почв, включая и их биологическую составляющую. Мы провели уникальный, многолетний эксперимент, заложив в 1976 г. опыт с насыпной изначально незагрязненной почвой, которая служила как бы планшетом для сбора выпадений из воздуха, и проследив на протяжении 20 летнего периода за изменением биологических и химических свойств почвы. Участки были заложены на различных расстояниях от комбината «Североникель» по градиенту загрязнения.

По материалам этих исследований издано две монографии (Евдокимова и др., 1984; Евдокимова, 1995). Серия статей была опубликована в журналах «Микробиология» и «Почвоведение» и ряде зарубежных изданий (Евдокимова, 1982; Евдокимова, Moзгова, 1991; Евдокимова, Moзгова, 2000; Evdokimova, 1997;

Evdokimova, Mozgova, 1998; Evdokimova, Mozgova, 2003).

Рис. 2. Динамика содержания и тренды тяжелых металлов в окультуренной подзолистой почве в центре загрязнения, 1976 - 1990 г.г. Примечание. В 1981г участок был разрушен.

Приведу только данные по интенсивности накопления тяжелых металлов в почве и скорости их выноса из почвы. В центре загрязнения происходило быстрое и значительное накопление Cu, Ni и Co в 10-см слое почвы.

Особенно интенсивно процесс накопления проходил в первые месяцы с момента закладки опыта, когда почвеннопоглощающий комплекс ранее незагрязненной почвы был способен к обменной сорбции выпадающих на почву поллютантов. В целом за 5 лет количество меди возросло в центре воздействия выбросов в 60, никеля - в 40, кобальта - в 6 раз относительно исходного уровня (рис.2). В почве импактной зоны (5 км от комбината) содержание меди через 20 лет возросло почти в 4 раза, никеля - в 3 раза (рис. 3). В буферной зоне (15 км от комбината) количество меди и никеля в почве удвоилось за двадцатилетний период. После 1990 года эмпирические цифры становятся ниже расчетных, что связано, вероятно, с общим спадом объема производства на комбинате в эти годы.

Рис. 3. Динамика содержания и тренды тяжелых металлов в окультуренной подзолистой почве в импактной, буферной и фоновой зонах, 1976 - 1997 г.г.

Очищение почв от тяжелых металлов на фоне замедленных процессов энерго- и массообмена в природных средах Крайнего Севера – длительный процесс. Данные рисунка 4 характеризуют скорость выноса тяжелых металлов из загрязненной почвы, перемещенной в “чистые” условия. Выщелачивание меди и никеля из почвы наиболее интенсивно происходило в течение первого года ее пребывания в “чистых” условиях. За 8 лет количество меди в загрязненной почве уменьшилось в 3 раза, никеля - в 6 раз. На основании полученных данных был рассчитан период удаления меди и никеля из почвы до уровня их ПДК. Снижение содержания меди и никеля до значений ПДК произойдет за 100 – 110 лет при прекращении выпадений загрязняющих веществ из воздуха. Наши расчеты хорошо согласуются с данными японских авторов (Iimura et al., 1977).

Мы также можем дать ответ на вопрос, что же происходит с микробиотой, в почвах, загрязненных воздушными выбросами медно-никелевого предприятия. На данной синэкологической диаграмме (рис. 5) наглядно продемонстрированы изменения, происходящие с микробным сообществом лесных подзолов при возрастании в них содержания меди и никеля. Структура микробного сообщества начинает разрушаться при концентрации меди 300-400 мг/кг почвы и никеля - 600-700 мг/кг, когда из микробного сообщества выпадают азотфиксирующие бактерии, сапротрофные неспорообразующие бактерии, бактерии актиномицетной линии. При очень высоких концентрациях меди и никеля в почве остаются и функционируют преимущественно эукариотные микроорганизмы – мицелиальные и одноклеточные формы грибов, резистентные к загрязнению.

Рис. 4. Вынос меди и никеля из загрязненной почвы, перемещенной в “чистые” условия.

Наряду с хорошо изученной проблемой изменения экосистем в результате воздействия медно-никелевых комбинатов существует проблема загрязнения природы другими крупными добывающими и перерабатывающими предприятиями Мурманской области, например, Кандалакшским алюминиевым заводом. Оценены уровни годовых нагрузок фторсодержащих соединений, макро- и микроэлементов, содержащихся в воздушных выбросах алюминиевого завода, на почву и растительность Кольского региона.

Наблюдение проводили на стационарных площадках, расположенных по градиенту загрязнения воздушными выбросами алюминиевого завода в северном направлении. Максимально загрязненный участок - в 2 км от завода, контрольный – в 50. Площадки были заложены в плакорных условиях в однотипных сосновых лесах с кустарничковым (в основном вороничным) напочвенным покровом. Тип почвы – Al-Fe – гумусовый подзол.

Снег. Как показали данные снегосъемки, значение pH атмосферных осадков в районе исследований в условиях отсутствия аэротехногенного загрязнения (20-й км и далее от завода) составляет примерно 4.8, что соответствует фоновым показателям. Под воздействием выбросов алюминиевого завода кислотность снеговой воды снижается: в 2 км от источника это снижение достигло одной единицы рН (рис. 6).

Рис. 5. Изменение структуры микробного сообщества при возрастающих концентрациях меди и никеля в лесных подзолах. По оси ординат - численность микроорганизмов, тыс./г.

Рис. 6. Кислотность снеговой воды по градиенту загрязнения.

На рис. 7 представлено соотношение суммы химических элементов в различных фазах снеговой воды в зоне наибольшего загрязнения. В твердой фазе – это осадок после фильтрации и в сухом остатке – это вещества, присутствующие в растворенном виде в снеговой воде и остающиеся после выпаривания.

Большинство соединений находится в твердой фазе и выпадает в пределах 5-ти км зоны.

Рис. 7. Твердая фаза и сухой остаток (мг/л) в снеговой воде.

Таким образом, распространение элементов от источника загрязнения зависит от фазового состояния их соединений. Такие элементы как Al, Fe, P находятся в основном в твердой составляющей атмосферных выбросов. В связи с этим большая часть их выпадает сравнительно недалеко от источника загрязнения.

Другие элементы F, Ca, Mg, K и даже Si, содержатся в основном в виде водорастворимых соединений и распространяются на большее расстояние от источника загрязнения (рис. 8).

Рис. 8. Поступление макроэлементов со снеговой водой, г/м2.

Основными загрязнителями, концентрация которых в зимних осадках наиболее высокая, является Al и F (рис. 9). Больше всего со снеговой водой в почву поступает Al, на него приходится примерно половина твердых осадков. Вторым по величине элементом в снеговой воде является F. Ход кривых, отражающих изменение концентрации этих элементов в снеговой воде, заметно различается. Это связано с разным фазовым состоянием данных элементов: Al в основном входит в состав твёрдой фазы и поэтому выпадает вблизи источника загрязнения, а F, по-видимому, в большей степени распространяется в газообразном состоянии. Так же велико поступление на почву Si и Fe.

Рис. 9. Концентрация (мг/л) алюминия и фтора в снеговой воде.

Среди микроэлементов по величинам поступления их в почву выделяются Ni и Zn, а затем идут Mn и Cr. Меньше поступает Cu.

С учетом соотношения атмосферных осадков, выпадающих в холодное и теплое время года, можно оценить общее поступление элементов на поверхность почвы аэрогенным путём за год (табл. 2). В зоне максимального загрязнения выпадает: пыли – около 900 кг/га, Al – 400, F – 45, Fe – 8 кг/га. Остальные элементы поступают в значительно меньших количествах (до 2-х кг/га). Данные расчеты условны, поскольку принимается, что концентрация химических элементов в снеге и дожде одинакова.

Поступление пыли и макроэлементов (кг/га в год) на поверхность почвы Почва. Под воздействием воздушного загрязнения изменяется химический состав почвы. В первую очередь, обращает внимание увеличение зольности подстилки. В зоне максимального загрязнения количество минеральных веществ в подстилке достигает 60%, в то время как на фоновой площадке оно не превышает 10% (табл. 3).

Увеличение зольности подстилок произошло в результате возрастания содержания в первую очередь Si, Al, Ti.

Таким образом, в результате длительного воздействия выбросов типичная для сосновых лесов подстилка превратилась в органо-минеральное образование, главным компонентом которого является минеральная, а не органическая составляющая.

Кривая, характеризующая распределение валового фтора в подстилках (рис. 10), представляет собой отрицательную экспоненту при высокой репрезентативности (R2=0,91). Четкая зависимость содержания фтора в подстилке от расстояния от источника выбросов позволяет провести зонирование территорий по градиенту загрязнения (табл.4). Зона максимального загрязнения с содержанием фтора от 6 до 25 раз превышающим фоновое (200 мг/кг по Виноградову) распространяется на сравнительно небольшое расстояние (до 2-2.5 км) от источника загрязнения. Зона сильного загрязнения распространяется до 13 км, с содержанием фтора в подстилке от 2 до 6 раз превышающим фоновое и зона умеренного загрязнения с содержанием фтора, не превышающего 2-х раз фоновое.

Доля водорастворимых фторидов от общего содержания фтора в подстилках в среднем составляет 10%, закономерно изменяясь по градиенту загрязнения, подобно валовому фтору.

Рис. 10. Содержание валового фтора в почве (мг/кг) по трансекте в северном направлении от КАЗ.

Четко выражена внутрипрофильная дифференциация в распределении фтора. Выявлены два максимума в его накоплении: в подстилке, где фтор закрепляется гумусовыми кислотами, а также осаждается в виде труднорастворимого флюорита – СаF2 и в иллювиальном горизонте, где наблюдается сорбция фтора полуторными окислами Fe и Al, которыми богаты подзолы Кольского п-ва. Из подзолистого горизонта наблюдается активный вынос фтора.

Определенная зависимость содержания микроэлементов от интенсивности загрязнения получена для Mn, Zn и Cr. Для них характерно значительное накопление в составе подстилки на площадке, находящейся вблизи завода. Так, количество Zn здесь почти в 3 раза, Cr в 7 раз, Mn – в 2 раза превышает содержание их в подстилке фоновой площадки (рис. 11).

Рис. 11. Содержание микроэлементов в подстилках, мг/кг.

Как было показано, атмосферные осадки, выпадающие вблизи источника загрязнения, отличаются невысокой кислотностью и содержат большое количество соединений алюминия. Известна роль Al в увеличении почвенной кислотности. Однако в конкретных условиях, когда наряду с Al в подстилку поступает большое количество других катионов (Ca, Mg), находящихся в отличие от Al, в подвижной форме, совокупное влияние всех компонентов выбросов алюминиевого завода приводит к нейтрализации почвенной кислотности вблизи завода.

Растения. Повышенное содержание фтора в воздухе и почвах приводит к накоплению его в тканях растений. На всех площадках количество фтора в водянике превышало фоновый уровень, который составляет 20 мг/кг, но превышение ПДК (50 мг/кг) отмечено только на площадке с максимальным загрязнением (рис. 12).

Мы отмечаем, что химический состав растений более консервативен в отношении воздействия на него техногенного загрязнения, чем подстилка, в которой происходит интенсивная аккумуляция элементов, попадающих в нее с выбросами.

Рис. 13. Изменение структуры микробного сообщества при загрязнении почв выбросами алюминиевого предприятия. По оси ординат – численность микроорганизмов, тыс./г.

Биота. По принципу градиентного анализа на основании полученных данных по численности, разнообразию и частоте встречаемости бактерий и грибов составлена синэкологическая диаграмма, характеризующая изменение микробного сообщества по мере возрастания содержания валового фтора в почве (рис. 13). На диаграмме видно, что наиболее устойчивы к выбросам алюминиевого завода неспорообразующие гетеротрофные бактерии (рр. Pseudomonas, Corynebacterium, Mycobacterium). Грибы, среди которых доминируют представители рода Penicillium, чувствительнее к газовоздушным выбросам завода, чем бактерии. Споровые бактерии менее устойчивы к загрязнению почвы соединениями фтора и полиароматическим циклическим углеводородам, которых достаточно много в выбросах завода, чем неспрообразующие. Возможно, какое-либо из этих соединений ингибирует синтез специфичного для споры вещества – дипиколиновой кислоты, входящей в состав оболочки спор.

В целом, воздушные выбросы алюминиевого завода в значительно меньшей степени, чем выбросы медно-никелевого производства, оказывают влияние на состояние почвенной биоты и растительного покрова.

Биотрансформация органического вещества. Обнаружена сравнительно невысокая зависимость интенсивности разложения растительных остатков от генетических особенностей почв и степени их загрязнения тяжелыми металлами и соединениями фтора. Этот вывод особенно четко обоснован нашими многолетними исследованиями в зоне воздействия комбината «Североникель», когда наблюдения проводились на различных типах почв Северной Фенноскандии (Евдокимова и др., 2002).

Ведущая роль почвенной биоты в процессах трансформации органического вещества определяется ее полифункциональной природой. Почвенные организмы являются неотъемлемой частью живой составляющей почвы, и в то же время, они выполняют функции внешнего фактора (одного из докучаевских факторов почвообразования), под воздействием которого происходит трансформация органических веществ. Подобная двойственность локализации и функций почвенной биоты определяет ее ведущую роль в почвообразовательных процессах.

Сокращение микробиомассы, уменьшение биологического и функционального разнообразия микроорганизмов снижает устойчивость природных экосистем к антропогенному воздействию. В общем “хозяйстве” земного шара бактериям и микроскопическим грибам принадлежит не меньшая роль, чем фотосинтезирующим растениям. Природа – это целостная система, экологические функции любого ее компонента важны и уникальны. Микробиологический мониторинг должен быть неотъемлемой частью общеэкологического мониторинга.

Подземные биосферы В последние годы возрос интерес к исследованиям биоты, населяющей подземные горные выработки, естественным образом связанные с наземными экосистемами. Подземные горные выработки с полным основанием можно охарактеризовать как “подземные биосферы”, так как в этих верхних частях литосферы существует активная жизнь. Здесь живые организмы и среда их обитания органически связаны между собой, взаимодействуя друг с другом.

Нами выполнены исследования по численности и биоразнообразию микроорганизмов, населяющих породы и рудничные воды различных подземных горных выработок Кольского п-ва и Северной Норвегии (Евдокимова, Науменко 2002). Горные выработки представляют собой уникальный объект, являясь относительно обособленными и замкнутыми экосистемами с целым рядом специфических особенностей. Из таких особенностей можно выделить: низкое содержание элементов питания или их малодоступность;

постоянную темноту; недостаточную аэрацию; относительное постоянство влажности и температуры. В таких условиях единственными формами жизни являются, как правило, микроорганизмы. Занесенные при разработке месторождений из поверхностных сред вместе с крепежным лесом, оборудованием, одеждой, микроорганизмы могут приспосабливаться к глубинным местообитаниям и существовать в них весьма продолжительное время, формируя уникальные микробные сообщества.

Выявлено значительное биологическое разнообразие микроскопических грибов в подземных горных выработках Северной Фенноскандии. Наибольшим разнообразием отличались грибы апатит-нефелиновых и редкоземельных рудников. Доминируют в большинстве исследованных горных выработок грибы рода Penicillium, преобладающие также в почвенном покрове северных экосистем.

Бактериальный компонент различных сред подземных выработок состоит из представителей родов, среди которых бактерии родов Pseudomonas и Bacillus, доминирующие в почвенном покрове, отмечены во всех исследованных рудниках. Общая численность бактерий изменялась от 40 до 120 млн.

клеток в 1 г породы.

Воздушная среда эксплуатируемых участков подземных горных выработок содержит, в основном, споровые грамположительные бактерии и споры микроскопических грибов. Общее количество микроорганизмов в воздухе шахт изменялось от сотен клеток до 20 тыс. клеток в 1 м3 воздуха, что не превышает известных норм для жилых помещений.

Изучение биосорбции тяжелых металлов грибной биомассой имеет как фундаментальную, так и прикладную значимость при использовании микроорганизмов в биотехнологических процессах. Грибы способны аккумулировать тяжелые металлы как путем сорбции их на поверхности мицелия, так и в результате проникновения металлов в мицелий и химического их взаимодействия с внутриклеточными метаболитами, например, полифосфатами. Показано, что грибы, выделенные из почв с высоким содержанием меди и никеля, способны к значительной биоаккумуляции этих элементов, накапливая в своей биомассе до 1,5% меди и никеля на абсолютно сухую массу (Evdokimova, Mozgova, 1998).

Грибы, выделенные из подземных горных выработок, проявили различную активность по отношению к сорбции меди и никеля. Они аккумулировали медь более активно, чем никель. Восемь видов из содержали до 0.4% меди в расчете на сухую биомассу. Гриб Aspergillus sydowii, выделенный из рудника “Севредмет” (г. Ревда), аккумулировал до 1.6% меди, а Aspergillus versicolor - до 1%. Количество адсорбированного никеля было меньше.

Микроорганизмы, активно извлекающие тяжелые металлы из среды, могут быть использованы для оздоровления и очистки ее от токсичных элементов. Живая или мертвая биомасса грибов часто характеризуется более высокими сорбционными свойствами, чем известные коммерческие сорбенты. Кроме того, грибная биомасса отличается высокой избирательной способностью при сорбции различных металлических катионов (Siegel, 1973). Использование в качестве биосорбентов аборигенных, выделенных из местных сред обитания микроорганизмов, наиболее перспективно.

В последние годы нами совместно с ГоИ и ОАО “Апатит” проводятся исследования микробиологических процессов, протекающих в системе добычи и переработки апатит-нефелиновых руд и хранении производственных отходов. В основе работы лежит идея значимости микробиологических процессов при обогащении несульфидных руд с использованием оборотного водоснабжения. Основная бактериальная масса поступает в обогатительный процесс из оборотной воды и частично с рудой. При транспортировке и измельчении руды численность бактерий в ней снижается по сравнению с их числом в руднике и вновь значительно возрастает при флотации в пенном продукте, сливе сгустителей, хвостах флотации, в фильтрате за счет внесения дополнительных источников питания и аэрации (рис. 14).

Доминируют в оборотных водах сапротрофные гетеротрофные бактерии. Все они относятся к роду Pseudomonas, являясь грамотрицательными, неспорообразующими, в основном оксидазоположительными (рис. 15).

В лабораторных условиях на установке по беспенной флотации было изучено влияние бактерий, доминирующих в оборотных водах, на флотационные свойства апатита и кальцита (Гершенкоп и др., 2005).

Установлено, что внесенные бактерии играют отрицательную роль при флотации этих минералов.

Ухудшение флотируемости исследуемых минералов можно объяснить как взаимодействием бактерий с их активными центрами, связанными с кальцием, так и интенсивной флокуляцией при флотации, что нарушает селективность процесса.

Рис. 14. Общее количество бактерий в подземных выработках: 1 - “Апатит”; 2 - “Ковдорслюда”; 3 Севредмет”; 4 - “Sydvaranger”; 5 - “Кола ГМК”.

Рис. 15. Морфотипы бактерий, выделенных из оборотной воды апатит-нефелиновых фабрик. Увеличение х Проведенные исследования имеют практическую значимость, т.к. намечают новые направления в совершенствовании процесса флотации несульфидных руд на оборотной воде, а также содержат важные фундаментальные аспекты, ведущие к получению новых знаний о функционировании микроорганизмов в биосфере и техносфере.

В заключении мне хотелось бы выразить уверенность, что придут времена, когда ни одно государственное решение, касающееся судеб природы и человека, не будет приниматься без всестороннего научного рассмотрения, и только тогда развитие страны приобретет столь необходимую ей устойчивость.

Автор выражает искреннюю благодарность сотрудникам лаборатории Н.П.Мозговой, Т.А.Агеевой, Н.В.Ворониной, М.В.Пуговкиной за их неоценимую помощь в исследованиях, водителю В.П.Содылеву, а также А.Ш.Гершенкопу, Ю.Е.Брылякову, В.Н.Переверзеву, А.Ф.Науменко, Е.В. Лебедевой, Г.А. Ахтемовой, Н.Б.

Климовскому, А.Д. Уколову, В.Д.Пучке, Тор-Арне Бьерн за интерес к данной работе и содействие в ее выполнении.

Литература 1. Аристовская Т.В. Микробиологические аспекты плодородия почв // Почвоведение. 1988. № 9.

С. 53-63.

2. Гершенкоп А.Ш., Г.А. Евдокимова, Н.В. Воронина, Л.Л. Креймер. Влияние бактериального компонента оборотных вод на флотацию несульфидных руд на примере ОАО “Апатит”. Инженерная экология. 2005. №3. С.51-56.

3. Евдокимова Г. А. Динамика численности микроорганизмов в ризосфере некоторых злаков в условиях Кольского полуострова // Почвоведение. 1973. №12. С. 38-46.

4. Евдокимова Г. А. Микробиологическая активность почв при загрязнении тяжелыми металлами // Почвоведение. 1982. №6. С. 125-132.

5. Евдокимова Г. А. Эколого-микробиологические основы охраны почв Крайнего Севера.

Апатиты: Изд-во КНЦ РАН, 1995. 272 с.

6. Евдокимова Г. А., Зенкова И.В., Переверзев В.Н. Биодинамика процессов трансформации органического вещества в почвах Северной Фенноскандии. Апатиты: Изд-во КНЦ РАН, 2002. 154 с.

7. Евдокимова Г. А., Кислых Е. Е., Мозгова Н. П. Биологическая активность почв в условиях аэротехногенного загрязнения на Крайнем Севере. Л.: Наука, 1984. 121 с.

8. Евдокимова Г. А., Moзгова Н. П. Аккумуляция меди и никеля почвенными грибами // Mикробиология. 1991. Т.60. Вып.5. C. 801-807.

9. Евдокимова Г.А., Мозгова Н.П. Влияние выбросов предприятия цветной металлургии на почву в условиях модельного опыта // Почвоведение. 2000. №5. С.630-638.

Евдокимова Г.А., Науменко А.Ф. Микроорганизмы подземных горных выработок Северной Фенноскандии.

//Геоэкология. 2002. №3. С. 237-242.

10. Паринкина О.М. Микрофлора тундровых почв. Л.: Наука,1989. 159 с.

11. Реймерс Н.Ф. Природопользование. Словарь-справочник. М.: Мысль. 1990. 639 с.

12. Экологический атлас Мурманской области / Ред. И.А. Вишняков, Г.В. Калабин и др. / М., 1999. 48 с.

13. Evdokimova G. A. Dynamics of the Industrial Transformation of Terrestrial Ecosystems in the Kola Subarctic // Biomarkes: A Pragmatic Basis for Remediation of Severe Pollution in Eastern Europe / Eds.: D. B. Peakall, C. H. Walker, P.

Migula. Dordrecht, Boston, London, 1997. P. 1-14.

14. Evdokimova G. A., Mozgova N. P. Soil fungi in the impact zone of non-ferrous metallurgy enteprise emission and their capability for copper and nickel biosorbtion // Ecologija. 1998. № 2. P.11-15. Evdokimova G.A., Mozgova N.P.

Restoration of properties of cultivated soils polluted by copper and nickel // Journal of Environmental Monitoring, (JEM) 2003, Vol. 5, № 4. P.667-670.

15. Iimura K., Ito H., Chino M., Morishita T., Hirata H. Behavior of contaminant heavy metals in soil-plants system // Proc. Inst. Sem. SEFMIA. Tokio, 1977. 357 p.

16. Siegel S.M. Solubiliration and accumulation of copper from elementary surface by Penicillium notatum // Environ. Biol. аnd Med. 1973. v. 2. № 1. P.19-22.



Похожие работы:

«1 УДК 947.1/.9 ББК 63.3(2Рос.Бур) И 907 И 907 История Улан-Удэ / [Ред. совет: Айдаев Г. А., Тучков С. М., Нагуслаева Т. М., Номогоева В. В., Матвеева А. И.]. – Кемерово : Кузбассвузиздат, 2012. – 160 с. : ил. ISBN 978-5-202-01114-6 Первое издание по истории города Улан-Удэ, охватывающее период с каменного века до современности. УДК 947.1/.9 ББК 63.3(2Рос.Бур) © Администрация города Улан-Удэ, 2012 2 ISBN 978-5-202-01114-6 © Издательство Кузбассвузиздат, Содержание Территория города в древности...»

«более 130 лет инжиниринговых решений ООО ПрогрессГрупп — управляющая компания ряда предприятий - производителей оборудования технологического назначения, а именно: ПАО Бердичевский машиностроительный завод Прогресс, Завод экотехнического оборудования и металлоконструкций и Экотехинжиниринг. ПАО Бердичевский машиностроительный завод Прогресс - обладает более чем 130-летним опытом в области производства фильтровального, сушильного, емкостного оборудования. Оборудование марки Прогресс нашло...»

«ГОСУДАРСТВЕННОЕ ВЫСШЕЕ УЧЕБНОЕ ЗАВЕДЕНИЕ ДОНЕЦКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ПРИХОДЬКО ИГОРЬ ЮРЬЕВИЧ УДК 621.771.23/24:681.5.015:002.2 РАЗВИТИЕ И РЕАЛИЗАЦИЯ ТЕХНОЛОГИИ, МЕТОДОВ РАСЧЁТА И УПРАВЛЕНИЯ ПАРАМЕТРАМИ ПРОЦЕССОВ ПРОИЗВОДСТВА ХОЛОДНОКАТАНЫХ ПОЛОС С ВЫСОКОЙ ПЛОСКОСТНОСТЬЮ И КАЧЕСТВЕННОЙ ПОВЕРХНОСТЬЮ Специальность 05.03.05 - “Процессы и машины обработки давлением” АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание научной степени доктора технических наук Донецк - Диссертацией является...»

«О. Х. Бгажба, С. З. Лакоба История Абхазии с древнейших времен до наших дней http://apsnyteka.org/ Об авторах Бгажба Олег Хухутович (р. 1941) Академик, доктор исторических наук, профессор, специалист в области древней и средневековой археологии Кавказа, истории древней металлургии. Автор около 120 научных работ, в том числе более 10 книг. Соавтор учебного пособия История Абхазии (Сухум, 1991; Гудаута, 1993) и учебника История Абхазии для средних школ (Сухум, 2006). Лакоба Станислав Зосимович...»

«Официальный отдел ОФИЦИАЛЬНЫЙ ОТДЕЛ НАУЧНАЯ И НАУЧНО-ОРГАНИЗАЦИОННАЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ САМАРСКОГО НАУЧНОГО ЦЕНТРА РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ НАУК В 2002 ГОДУ В состав Самарского научного центра 13 ученых СамНЦ РАН удостоены ГубернсСамНЦ) РАН входят шесть научных органи- ких премий в области науки и техники. заций, отделение секции Прикладных про- В 2002 году проведено Общее собрание блем и секция Научного совета РАН. В Са- СамНЦ РАН и три заседания Президиума маре расположены Самарский филиал Физи- СамНЦ...»

«Аннотации рабочих программ учебных дисциплин и практик по направлению подготовки 220700.68 Автоматизация технологических процессов и производств магистерская программа: Автоматизация технологических процессов и производств в металлургической промышленности ДЕЛОВОЙ ИНОСТРАННЫЙ ЯЗЫК Место дисциплины в учебном плане. Дисциплина относится к базовой части общенаучного цикла (ОН.Б.01). Изучается в 3 семестре. Общая трудоемкость изучения дисциплины составляет 3 ЗЕ (108 ч.) Цели и задачи дисциплины....»

«Восточно-Сибирский научный центр экологии человека Сибирское отделение Российской академии медицинских наук Здоровье трудового потенциала Сибири – итоги фундаментальных исследований Докладчик директор ВСНЦ ЭЧ СО РАМН, чл.-корр. РАМН Виктор Степанович Рукавишников Ежегодные потери от болезней, связанных с вредными условиями труда составляют 1,4% от ВВП – 300-350 млрд.руб. В целом по РФ 25% работающих трудятся во вредных или опасных условиях труда, а в таких отраслях промышленности как: угольная,...»

«МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ ДЕПАРТАМЕНТ ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ ГОУ ВПО ИРКУТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ УТВЕРЖДАЮ: Ректор _И.М. Головных 20_ г. № _ ОСНОВНАЯ ОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ ПРОГРАММА ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ Направление подготовки 150400 Металлурия Профиль подготовки 150400.62 Металлургия цветных, редких и благородных металлов Квалификация (степень) бакалавр Форма обучения очная Иркутск 2011 г. Стр. 1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ 1.1. Нормативные документы для...»

«Министерство образования Российской Федерации ГОУ ВПО Уральский государственный технический университет – УПИ Э.И. Денисова, А.В. Шак ИЗМЕРЕНИЕ ТЕПЛОПРОВОДНОСТИ НА ИЗМЕРИТЕЛЕ ИТ400 Учебное электронное текстовое издание Подготовлено кафедрой Литейное производство и упрочняющие технологии Научный редактор проф. д-р. техн. наук Е.Л. Фурман Методическое руководство к лабораторной работе для студентов специальности 110800 – порошковая металлургия, композиционные материалы, покрытия Методическое...»

«Православие и современность. Электронная библиотека Эрнест Райт Библейская Археология © Biblical Archaeology, Philadelphia, 1960 © перевел с английского А. Чех © Holy Trinity Orthodox Mission Содержание Предисловие Введение 1. Религия Израиля и Религия Ханаана Бог и Боги Боги Ханаана Культ Израиль и религия Ханаана 2. Патриархи Прародина патриархов Патриархи в Ханаане 3. Исход и Завоевание Исторический фон Фараон Исхода Маршрут Исхода Завоевание Ханаана Завоевание с Исторических Позиций Падение...»

«Министерство образования и науки РФ ФГБОУ ВПО Пензенский государственный университет Программа вступительного испытания на обучение по программам подготовки научно - педагогических кадров в аспирантуре ПГУ по направлению подготовки 22.06.01 Технологии материалов Пенза 2014 Программа вступительного испытания на обучение по профилю направления подготовки: 05.16.04. Литейное производство 1. 1.1. Теоретические основы процессов плавки Свойства металлов и сплавов в твердом и жидком состоянии,...»

«ПБ 06-111-95 ЕДИНЫЕ ПРАВИЛА БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ РАЗРАБОТКЕ РУДНЫХ, НЕРУДНЫХ И РОССЫПНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ ПОДЗЕМНЫМ СПОСОБОМ Книга 1 1. РАЗРАБОТАНЫ Госгортехнадзором России на основании 2-го издания Единых правил безопасности при разработке рудных, нерудных и россыпных месторождений подземным способом, утвержденных Госгортехнадзором СССР в 1971 году. Требования Правил изложены в двух книгах: книга 1 - основной текст Правил, книга 2 - приложения к Правилам. 2. УТВЕРЖДЕНЫ...»

«Федеральное агентство по образованию Федеральное государственное образовательное учреждение среднего профессионального образования Липецкий металлургический колледж ОТЧЕТ О РЕЗУЛЬТАТАХ САМООБСЛЕДОВАНИЯ Федерального государственного образовательного учреждения среднего профессионального образования Липецкий металлургический колледж г. Липецк 2008 Одобрено УТВЕРЖДАЮ решением Педагогического совета Директор колледжа 12 ноября 2008г. _С.Г.Петухов Протокол №3 12 ноября 2008г. ОТЧЕТ О РЕЗУЛЬТАТАХ...»

«ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ РЕГИОНА СОСТОЯНИЕ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ В КРАСНОЯРСКОМ КРАЕ М.Т. Джуракулова, гр. 11-1 г. Лесосибирск, ФГБОУ ВПО Сибирский государственный технологический университет Лесосибирский филиал На первый взгляд, неблагоприятные с экологической точки зрения площади занимают не более 10% общей территории края. Однако необходимо учесть, что именно в этой части проживает основная часть трехмиллионного населения края и сосредоточены промышленные объекты и сельскохозяйственные зоны....»

«МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ ИРКУТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ Сборник научных трудов студентов, магистрантов и молодых ученых химико-металлургического факультета ПЕРЕРАБОТКА УГЛЕВОДОРОДНОГО СЫРЬЯ Иркутск, 2012 г СОДЕРЖАНИЕ Н.Д. Губанов, Н.А.Ищук. ИССЛЕДОВАНИЕ РЕЖИМОВ РАБОТЫ СЕПАРАТОРАС-1 ОДНОКОЛОННОЙ СХЕМЫ ПЕРВИЧНОЙ ПЕРЕРАБОТКИ НЕФТИ Н.И. Днепровская, Е.В. Янчуковская, Е.И. Сауло, Н.А. Ищук. РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ СВЧ-ТЕРМОЛИЗА ТВЕРДЫХ БЫТОВЫХ ОТХОДОВ.. 9 Е.Е. Албаева,...»

«Борис Евгеньевич Патон Борис Евгеньевич Патон — выдающийся украинский ученый в области сварки, металлургии и технологии материалов, материаловедения, выдающийся общественный деятель и талантливый организатор науки, академик Национальной академии наук Украины, Академии наук СССР, Российской академии наук, профессор, заслуженный деятель науки и техники УССР, лауреат Ленинской премии и государственных премий СССР и Украины, дважды Герой Социалистического Труда СССР, Герой Украины, участник Великой...»

«7044 УДК 621.391.82: 532.57 ПРИМЕНЕНИЕ КОМБИНИРОВАННОГО МНОГОПОЛЮСНОГО РЕФЛЕКТОМЕТРА ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ РАССТОЯНИЯ ДО ПЛОСКОЙ ПОВЕРХНОСТИ А.А. Львов Саратовский государственный технический университет им. Ю.А. Гагарина Россия, 410054, Саратов, Политехническая ул., 77 E-mail: alvova@mail.ru П.А. Львов Саратовский государственный технический университет им. Ю.А. Гагарина Россия, 410054, Саратов, Политехническая ул., 77 E-mail: peter.lvov@gmail.com Ключевые слова: комбинированный многополюсный...»

«СОДЕРЖАНИЕ Введение Реферат как вид научной работы Особенности реферата на историческую тему Специфика проблем по истории техники Особенности подходов к темам по истории науки Подготовка реферата Структура реферата и особенности его оформления Защита реферативной работы ПРИЛОЖЕНИЕ 1 Перечень тем рефератов по курсу История науки, техники и образования, прошедших апробацию в МИСиС ПРИЛОЖЕНИЕ 2 Адреса, телефоны и проезд к библиотекам ПРИЛОЖЕНИЕ 3 Список литературы по истории науки и техники (для...»

«ГОУ ВПО Липецкий государственный технический университет (ЛГТУ) СИСТЕМА КАЧЕСТВА Методическая инструкция Обозначение: МИ-10-2010 Проектирование основных образовательных программ Введена впервые стр. 1 из 19 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Липецкий государственный технический университет УТВЕРЖДАЮ Директор металлургического института Чупров В.Б.. _ РАБОЧАЯ ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ Химия Направление подготовки 151000 Технологические машины и...»

«Государственное образовательное учреждение Высшего профессионального образования Липецкий государственный технический университет Металлургический институт УТВЕРЖДАЮ Директор металлургического института В.Б. Чупров _2011 г.. РАБОЧАЯ ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ (МОДУЛЯ) ДЕТАЛИ МАШИН Направление подготовки: 151000.62 Технологические машины и оборудование Профиль подготовки: Металлургические машины и оборудование Квалификация (степень) выпускника: бакалавр Форма обучения: очная г. Липецк – 2011 г....»






 
© 2014 www.kniga.seluk.ru - «Бесплатная электронная библиотека - Книги, пособия, учебники, издания, публикации»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.