Мета. Біодіагностика грунту, відібраної в районі підземного сховища природного газу (ПСГ) (сел. Степове, Саратовська область), за допомогою мікробіологічного аналізу. Методи. В ході роботи висівом на щільні поживні середовища (методом Коха) оцінювали: загальну чисельність гетеротрофних мікроорганізмів на м'ясо-пептонном агарі, кількість метилотрофних, углеводородокисляющих, железоокісляющіх і сіроокіслюючих бактерій на відповідних селективних середовищах; а також водневий показник, окислювально-відновний потенціал і магнітну сприйнятливість грунту. Результати. Мікробіологічний аналіз грунту в районі Степновского ПСГ продемонстрував зміни в грунтових біоценозах. Виявлено знижений вміст гетеротрофних мікроорганізмів у порівнянні з фоновими пробами. У ряді зразків відзначено підвищений вміст углеводородокисляющих і метилотрофних мікроорганізмів, в тому числі, облігатних, що дозволяє говорити про надходження метану в верхні шари грунту. Виявлено підвищений вміст сіроокіслюючих бактерій; показано наявність в грунті железоокісляющіх мікроорганізмів. Висновки. Виявлені особливості в змісті індикаторних мікроорганізмів в грунті в зоні підземного сховища природного газу, що свідчать про розвиток спеціалізованих ґрунтових мікроорганізмів, підтверджували наявність забруднювачів в грунті вуглеводнів і з'єднань сірки. Використання індикаторних мікробіологічних показників представляється перспективним для екологічного моніторингу грунтів в районах газових сховищ, своєчасного виявлення витоку метану.

Анотація наукової статті з екологічних біотехнологій, автор наукової роботи - Плешакова Катерина В., Нгун Клемент Т., Решетніков Михайло В.


The aim is to conduct the biodiagnosis of soil sampled in the area of ​​the underground storage of natural gas (UGS) (Stepnoye village, Saratov region) with the use of microbiological analysis. Methods. In the course of the work, using Koch's solid medium method were estimated the following: the total number of heterotrophic microorganisms on meat peptone agar, amount of methylotrophic, hydrocarbon oxidizing, iron-oxidizing and sulfur-oxidizing bacteria in the respective selective mediums; as well as the hydrogen index, oxidation-reduction potential and magnetic susceptibility of the soil. Results. Microbiological analysis of the soil in the Stepnovsky UGS area has shown changes in soil biocenoses. A reduced content of heterotrophic microorganisms was detected in comparison with background samples. In a number of samples, we also discovered an increased content of hydrocarbon-oxidizing and methylotrophic microorganisms, including obligate ones, which suggest the methane entering the upper layers of the soil. An increased content of sulfur-oxidizing bacteria was also detected; the presence of iron-oxidizing microorganisms in the soil was shown. Conclusions. The revealed features in the content of indicator microorganisms in the soil sampled in the area of ​​the underground storage of natural gas, indicating the development of specialized soil microorganisms, confirmed the presence of contaminants in the soil which are hydrocarbons and sulfur compounds. The use of microbiological indicator values ​​seems promising for environmental monitoring of soils in the areas of gas storage and early detection of methane leakage.


Область наук:

  • екологічні біотехнології

  • Рік видавництва: 2017


    Журнал: Південь Росії: екологія, розвиток


    Наукова стаття на тему 'Аналіз грунту в районі підземного сховища природного газу по індикаторним мікробіологічними показниками'

    Текст наукової роботи на тему «Аналіз грунту в районі підземного сховища природного газу по індикаторним мікробіологічними показниками»

    ?SOUTH OF RUSSIA: ECOLOGY, DEVELOPMENT Vol.12 П0.2 2017 4 | U METHODS OF ENVIRONMENTAL

    STUDIES

    МЕТОДИ ЕКОЛОГІЧНИХ ДОСЛІДЖЕНЬ

    Методи екологічних досліджень / Methods of environmental studies Оригінальна стаття / Original article УДК 504.064: 631.46

    DOI: 10.18470 / 1992-1098-2017-2-135-146

    АНАЛІЗ ГРУНТУ В РАЙОНІ підземного СХОВИЩА ПРИРОДНОГО ГАЗУ ПО індикаторні мікробіологічними показниками

    Катерина В. Плешакова *, Клемент Т. Нгун, Михайло В. Решетніков

    Київський національний дослідницький державний університет імені Н.Г. Чернишевського, Саратов, Росія, Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. Вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.

    Резюме. Мета. Біодіагностика грунту, відібраної в районі підземного сховища природного газу (ПСГ) (сел. Степове, Саратовська область), за допомогою мікробіологічного аналізу. Методи. В ході роботи висівом на щільні поживні середовища (методом Коха) оцінювали: загальну чисельність гетеротрофних мікроорганізмів - на м'ясо-пептонном агарі, кількість метилотрофних, углеводородокисляющих, железоокісляющіх і сіроокіслюючих бактерій на відповідних селективних середовищах; а також - водневий показник, окислювально-відновний потенціал і магнітну сприйнятливість грунту. Результати. Мікробіологічний аналіз грунту в районі Степновского ПСГ продемонстрував зміни в грунтових біоценозах. Виявлено знижений вміст гетеротрофних мікроорганізмів у порівнянні з фоновими пробами. У ряді зразків відзначено підвищений вміст углеводородокисляющих і метилотрофних мікроорганізмів, в тому числі, облігатних, що дозволяє говорити про надходження метану в верхні шари грунту. Виявлено підвищений вміст сіроокіслюючих бактерій; показано наявність в грунті железоокісляющіх мікроорганізмів. Висновки. Виявлені особливості в змісті індикаторних мікроорганізмів в грунті в зоні підземного сховища природного газу, що свідчать про розвиток спеціалізованих ґрунтових мікроорганізмів, підтверджували наявність забруднювачів в грунті -углеводородов і з'єднань сірки. Використання індикаторних мікробіологічних показників представляється перспективним для екологічного моніторингу грунтів в районах газових сховищ, своєчасного виявлення витоку метану.

    Ключові слова: підземне сховище природного газу, гетеротрофні, метилотрофні, углеводородокисляющих, железоокісляющіе, сіроокіслюючих мікроорганізми.

    Формат цитування: Плешакова Є.В., Нгун К.Т., Решетніков М.В. Аналіз грунту в районі підземного сховища природного газу по індикаторним мікробіологічними показниками II Південь Росії: екологія, розвиток. 2017. Т.12, N2. С.135-146. DOI: 10.18470 / 1992-1098-2017-2-135-146

    SOIL ANALYSIS ON MICROBIOLOGICAL INDICATOR VALUES IN THE AREA OF UNDERGROUND NATURE GAS STORAGE

    Ekaterina V. Pleshakova *, Clement T. Ngun, Mikhail V. Reshetnikov

    National Research Saratov State University named after N.G. Chernyshevsky,

    Saratov, Russia, Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. Вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.

    SOUTH OF RUSSIA: ECOLOGY, DEVELOPMENT Vol.12 П0.2 2017 4 | U METHODS OF ENVIRONMENTAL

    STUDIES

    Abstract. The aim is to conduct the biodiagnosis of soil sampled in the area of ​​the underground storage of natural gas (UGS) (Stepnoye village, Saratov region) with the use of microbiological analysis. Methods. In the course of the work, using Koch's solid medium method were estimated the following: the total number of heterotrophic microorganisms on meat peptone agar, amount of methylotrophic, hydrocarbon oxidizing, iron-oxidizing and sulfur-oxidizing bacteria in the respective selective mediums; as well as the hydrogen index, oxidation-reduction potential and magnetic susceptibility of the soil. Results. Microbiological analysis of the soil in the Stepnovsky UGS area has shown changes in soil biocenoses. A reduced content of heterotrophic microorganisms was detected in comparison with background samples. In a number of samples, we also discovered an increased content of hydrocarbon-oxidizing and methylotrophic microorganisms, including obligate ones, which suggest the methane entering the upper layers of the soil. An increased content of sulfur-oxidizing bacteria was also detected; the presence of iron-oxidizing microorganisms in the soil was shown. Conclusions. The revealed features in the content of indicator microorganisms in the soil sampled in the area of ​​the underground storage of natural gas, indicating the development of specialized soil microorganisms, confirmed the presence of contaminants in the soil which are hydrocarbons and sulfur compounds. The use of microbiological indicator values ​​seems promising for environmental monitoring of soils in the areas of gas storage and early detection of methane leakage.

    Keywords: underground storage of natural gas, heterotrophic, methylotrophic, hydrocarbon oxidizing, iron oxidizing, sulfur oxidizing microorganisms.

    For citation: Pleshakova E.V., Ngun C.T., Reshetnikov M.V. Soil analysis on microbiological indicator values ​​in the area of ​​underground nature gas storage. South ofRussia: ecology, development. 2017, vol. 12, no. 2, pp. 135-146. (In Russian) DOI: 10.18470 / 1992-1098-2017-2-135-146

    Видобуток, транспортування і зберігання нафтопродуктів і природного газу призводить до забруднення навколишнього середовища. Грунт над підземними сховищами газу (ПСГ) може піддаватися забрудненню вуглеводнями [1] та іншими токсичними сполуками, які негативно впливають на функціонування ґрунтових біоценозів. Відбуваються якісні і кількісні зміни грунтової мікрофлори, як на по-пуляціонном рівні, так і на рівні мікробної клітини [2].

    Було встановлено, що однією з основних причин забруднення і деградації грунтів в районах ПСГ є міграції газу з них аж до денної поверхні, що пов'язано з формуванням зон горизонтальною і вертикальною трещиноватости порід осадового чохла в звичайних платформних структурах, використовуваних для створення ПСГ [3]. Недосконалість ряду технологічних операцій в плані екологічного захисту грунтів і порушення правил охорони навколишнього середовища при їх виконанні також призводять до забруднення ґрунтів на території ПСГ. Показано, що внаслідок витоку газу навколо штучних газових покладів можуть формуватися газові, бітумінологичеський і

    бактеріальні аномалії [4]. У водоносних горизонтах, породах і грунтах газових сховищ серед вуглеводневих газів превалює метан. У літній період спостерігається зниження концентрацій газів, що пов'язано з розвитком углеводородокисляющих мікрофлори, в тому числі, метанокісляющіх бактерій [5; 6]. В осінній період знову спостерігається швидке накопичення метану, в результаті чого основний негативний "прес" доводиться в першу чергу на органічні горизонти і виражається в істотному, а іноді і повне порушення властивостей і функцій грунтів [1]. Тому в районах ПСГ існує необхідність регулярного проведення грунтово-екологічного моніторингу для оцінки якості навколишнього середовища.

    Поряд з аналізами, які передбачають оцінку депонують властивостей ґрунтів і порід, якісну і кількісну оцінку вмісту метану і вуглекислого газу у вільному грунтовому повітрі, встановлення параметра інтенсивності бактеріального окислення метану [5] та ін., Важливою складовою екологічного моніторингу грунтів в районах ПСГ, на наш погляд, є аналіз індикаторних мікробіологічних показників. Існує кілька методо-

    SOUTH OF RUSSIA: ECOLOGY, DEVELOPMENT Vol.12 П0.2 2017 4 | U METHODS OF ENVIRONMENTAL

    STUDIES

    логічних підходів до оцінки екологічного стану грунтів, і серед них, мікробіологічний є найбільш чутливим. Мікробіота поліфункціональна, і, беручи участь в протилежних реакціях, здійснює стабілізаційну функцію метаболічного рівноваги в природі. Завдяки великій поверхні контакту із середовищем, мікроорганізми дуже чутливі до мінливих умов існування, а висока швидкість розмноження дає можливість в короткий термін виявляти зміни, які виникають під впливом екологічних чинників.

    У зв'язку з вищесказаним, метою цього дослідження була Біодіагностика грунту, відібраної в районі Степ-ського підземного сховища природного газу (Саратовська обл.), За допомогою мікробіологічного аналізу. В ході роботи оцінювали: загальну чисельність гетеротрофних мікроорганізмів, кількість метілотрофов-них, углеводородокисляющих, железоокіс-ляющих і сіроокіслюючих бактерій; а також - водневий показник, окислювально-відновний потенціал і магнітну сприйнятливість грунту.

    МАТЕРІАЛ І МЕТОДИ ДОСЛІДЖЕННЯ

    Об'єктом дослідження стали проби темно-каштанового грунту, відібрані на території Степновского підземного сховища природного газу (Саратовська обл.) В 2013-2014 рр. Проби ґрунту відбирали на глибині 5-10 см методом «конверта». На рис. 1 представлена ​​карта дослідженої території з точками відбору проб грунту. Контрольні (фонові) проби відбирали за межами сховища на видаленні від зони впливу ПСГ приблизно в 5-6 км.

    Оцінку загальної чисельності гетеротрофних мікроорганізмів виробляли на МПА (Б1Гсо) загальноприйнятими бактеріологічними методами [7]. Кількість углеводородокисляющих мікроорганізмів оцінювали на агаризованому мінеральному середовищі М9, г / л: №2НР04 - 6,0; КН2Р04 - 3,0; №С1 - 0,5; N ^ 0 - 1,0; рН 7,0 з вазеліновим маслом (1%) в якості єдиного джерела вуглецю і енергії [8]; метилотрофних бактерій - на мінеральному середовищі Хірша, г / л: КН2Р04 - 1,36; №2НР04х7Н20 - 2,13; (МН4) 2804 - 0,5; Мё804х7Н20 - 0,2; СаС12х2Н20 - 0,1; Ре804х7Н20 - 0,005; Мп-804х5Н20 - 0,0025; №2Мо04х2Н20 - 0,0025; рН 7,0 з метанолом (0,4%) в якості єдиного джерела вуглецю і енергії [9]. Облік чисельності нейтрофільних залізо-окисних бактерій проводили на агаризованому селективної середовищі наступного складу, г / л: Ре804х7Н20 - 5,9; (№028О4 -0,5; ШШз - 0,5; К2НР04 - 0,5; Мё804х7Н20 - 0,5; лимонна кислота - 10,0; сахароза -2,0; пептони - 1,0; рН 7,0 [ 10].

    Для оцінки чисельності нитчастих серобактерий роду ТкШЬпх використовували ага-

    ризовались середу Армбрустера наступного складу, г / л: (N ^ 804 - 0,5; Мё804х7Н20 -0,1; СаС12х2Н20 - 0,05; К2НР04 - 0,11; КН2Р04- 0,085; РеС13х6Н20 - 0,002; ЕДТА -0,003; № 28203х5Н20 - 0,5; лактат натрію -0,5; розчин вітамінів - 1 мл; рН 7,2-7,5 [11]. розчин вітамінів, г / л: біотин - 0,2; фолієва кислота - 0,02 ; піридоксин - 0,1; рибофлавін - 0,1; нікотинова кислота -0,05; тіамін - 0,05; цианокобаламин - 0,001; пантотенова кислота - 0,05; п-амінобензойна кислота - 0,05. Тіосульфат натрію, лактат натрію, вітаміни додавали у вигляді стерильних розчинів перед посівом.

    Визначення чисельності мікроорганізмів в досліджуваній грунті включало кілька етапів: підготовку грунту до мікробного аналізу (гомогенізація), приготування розведень грунтової суспензії в стерильному фізіологічному розчині; посів отриманих розведень на щільну середу в чашки Петрі і підрахунок колоній, що виросли через 3-5 діб. культивування в термостаті при температурі 28-30 ° С. Висіву на МПА і на селективні середовища для обліку чисельності метилотрофних, углеводород-, сіро і желе-зоокісляющіх бактерій виробляли з розведень 10 "1,10" 2,10 "3, 10" 4, 10 5 ст декількох повторностях. Всі дані по чисельності мікроорганізмів були перераховані на повітряно-сухі зразки.

    У ґрунтових пробах вимірювали водневий показник, окислювально-відновний потенціал і магнітну сприйнятливість (табл. 1). Магнітна сприйнятливість грунту визначалася в лабораторіях-

    SOUTH OF RUSSIA: ECOLOGY, DEVELOPMENT Vol.12 П0.2 2017 4 | U METHODS OF ENVIRONMENTAL

    STUDIES

    раторних умовах за допомогою серійного каппаметрии КТ-10 [12].

    4

    »з

    З -

    І

    й «

    н ^

    Про •-

    н я

    & м

    л л

    і з

    © *

    м ^

    і ^

    5 пекло

    н -а

    ^ §

    Про з

    про !-

    - ад про • - s і е

    а

    <я S

    I- s

    2 щ

    s js

    ад

    !До

    >

    е

    5? I<?

    Iff

    5 і >

    J

    Se

    У кожній пробі проводився десятикратний завмер магнітної сприйнятливості, в якості основного значення приймалося середньоарифметичне значення за результатами 10-ти вимірів. Вимірювання термомагнитного ефекту ^ к) або термокаппа-метричний аналіз полягав у вимірі приросту магнітної сприйнятливості про-

    <"Я S« як

    ^ si

    в S ?

    _ пекло

    3 i

    S -я

    Z-г

    л =

    п з

    Е 5 ~

    § е

    і а

    I © CS

    а? ^

    ® Ет ю н

    С (Я н а

    CS

    Про

    зразків після їх нагрівання на 500 С в окислювальному середовищі за формулою (с1к = 1й-к, де к -магнітна сприйнятливість, & - магнітна сприйнятливість після нагрівання).

    Приріст здійснюється за рахунок перетворення спочатку немагнітного піриту в сильномагнітних магнетит. Подібним ефектом, крім піриту, володіють і магніт-

    SOUTH OF RUSSIA: ECOLOGY, DEVELOPMENT Vol.12 П0.2 2017 4 | U METHODS OF ENVIRONMENTAL

    STUDIES

    ні сульфіди заліза (типу пирротина, Грей- значеннях вихідної магнітної сприйнятливий-Гіта), і сидерит, але для цілком однозначною вості [12]. інтерпретації термокаппаметріческіх даних, як правило, досить відомостей про

    Таблиця 1

    Фізико-хімічні показники досліджених зразків грунту

    Table 1

    Physicochemical parameters of thestudied soil samples

    Номер проби Sample № pH Eh, мВ Eh, mV kappa (10 s од. СІ) kappa (10 "5 units SI) dk

    1 7,86 -27,5 38,1 2,9

    2 7,69 -19,2 45 1,8

    3 6,72 33,5 33,3 2,9

    4 7,55 -11,2 29,7 2,3

    5 6,94 21,1 75,8 4,5

    6 7,87 -28,7 57,2 3,2

    7 7,16 9,9 59,3 3,2

    8 7,99 -34,4 51,1 3,4

    9 7,18 8,9 45,7 3,6

    10 7,21 7,00 52,1 3,6

    11 7,56 -11,60 51,9 3,6

    12 7,97 -33,50 39,8 2,9

    13 7,88 -26,60 47,8 3,1

    14 7,70 -19,00 51,7 3,0

    15 6,88 24,90 53,3 3,5

    16 7,56 -11,50 46,2 3,8

    17 7,95 -32,30 41,5 3,4

    18 7,88 -28,50 58,3 2,9

    19 7,87 -28,10 70,8 4,4

    20 8,16 -43,40 58,8 3,9

    Статистичну обробку експериментальних даних здійснювали із застосуванням пакета прикладних програм Microsoft Excel 2010 (для Windows ХР). до-

    стовернимі вважали відмінності при ймовірності помилки р<0,05 (95% довірчий інтервал).

    РЕЗУЛЬТАТИ ДОСЛІДЖЕНЬ ТА ЇХ ОБГОВОРЕННЯ

    У ряді робіт було показано, що ґрунтовий покрив на об'єктах підземного зберігання природного газу виступає в якості вертикальної і горизонтальної мембрани, що екранує і утилізує газоподібні вуглеводні [13; 14], які за наявною системі вертикальної і горизонтальної тріщинуватості геологічної товщі спрямовуються до поверхні. Вуглеводневі гази та продукти їх мікробіологічної трансформації в грунті газоносних територій сприяють формуванню органічного вуглецю і азоту, а також раз-

    особистим змін в микробоценозов грунтів, наприклад, збільшення біомаси метіло-трофних мікроорганізмів.

    Проведений нами мікробіологічний аналіз показав, що загальна чисельність гетеротрофних мікроорганізмів варіювала в досліджених двадцяти пробах ґрунту, відібраних на території ПСГ. У більшості зразків кількість гетеротрофних мікроорганізмів становило від 6 до 26 * Ю5 КУО / г грунту (рис. 2).

    SOUTH OF RUSSIA: ECOLOGY, DEVELOPMENT Vol.12 П0.2 2017 4 | U METHODS OF ENVIRONMENTAL

    STUDIES

    про

    160

    140

    120

    гз 100 про

    5 ^ ™ i-

    W про 60 X.

    40

    20

    «4 i

    I | | 1

    Л

    liiill 1. J

    1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

    проби soil samples

    Мал. 2. Загальна чисельність гетеротрофних мікроорганізмів в пробах грунту Fig. 2. Total number of heterotrophic microorganisms in soil samples

    У чотирьох зразках (№ 10, 14, 17 і 18) було трохи нижче - близько 2хЮе КУО / г грунту. У пробах № 6, 9 і 11 - від 48 до 75 КУО / г грунту. І, нарешті, два зразки грунту відрізнялися високою чисельністю гетеротрофних бактерій, на 1-2 порядки вище, ніж в інших пробах, в зразку № 20 вона становила 127хЮ5 КУО / г грунту, №8 - 685хЮ5 КУО / г грунту, що може бути пов'язано з високим рівнем забруднення грунту органічними сполуками в даних точках відбору.

    Загальна чисельність гетеротрофних мікроорганізмів в контрольних пробах ґрунту, відібраних за межами ПСГ, варіюючи від 32 до 240хЮе КУО / г грунту, в цілому, була вище, ніж в пробах грунту на території сховища газу.

    У зв'язку з особливостями даної території ми оцінювали також чисельність культивованих аеробних углеводородокіс-ляющих і метилотрофних мікроорганізмів в грунті над ПСГ. Відмінностей за чисельністю углеводородокисляющих бактерій в ґрунтових зразках було менше, їх зміст в середньому було від 1 до 40хЮе КУО / г грунту (рис. 3). кількість углеводородокисляющих-

    щих мікроорганізмів було високим лише в зразку № 20- 173 КУО / г грунту.

    Порівнюючи кількість гетеротрофних і углеводородокисляющих бактерій в пробах, можна відзначити, що в п'яти з них зміст углеводородокисляющих мікроорганізмів було вище, ніж гетеротрофних. Таке підвищений вміст углеводоров-докісляющей мікрофлори в грунті, ймовірно, пов'язано з селективним впливом відповідних субстратів. Тому виявлені особливості можуть побічно свідчити про присутність в грунті вуглеводнів.

    Чисельність метилотрофних мікроорганізмів знаходилася в діапазоні від 1 до 60хЮе КУО / г грунту в різних зразках (рис. 4). Кількість метилотрофних бактерій був підвищеним в зразку № 20 - 154 КУО / г грунту. При порівнянні кількості гетеротрофних і метилотрофних бактерій в пробах виявлено, що в п'яти з них (№ 3, 5, 7, 17, і 20) зміст метилотрофних мікроорганізмів було вище, ніж гетеротрофних. З них 4 зразка - це №3, 7, 17 і 20 також характеризувалися і більш високою чисельністю углеводородокисляющих бактерій.

    SOUTH OF RUSSIA: ECOLOGY, DEVELOPMENT Vol.12 П0.2 2017 4 | U METHODS OF ENVIRONMENTAL

    STUDIES

    9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

    проби soil samples

    Мал. 3. Чисельність углеводородокисляющих мікроорганізмів в пробах грунту Fig. 3. Number of hydrocarbon oxidizing microorganisms in soil samples

    100 90

    154

    2 -

    и про про

    70 60 50 40 30 20 10 0

    -?ь-

    л

    я

    yo_Й_

    J§L

    А

    ifr

    Мал.

    1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

    проби soil samples

    4. Чисельність метилотрофних мікроорганізмів в пробах грунту Fig. 4. Number of methylotrophic microorganisms in soil samples

    Виявлено пряму кореляцію між чисельністю метилотрофних і чисельністю углеводородокисляющих мікроорганізмів. Коефіцієнт кореляції (Я2) склав 0,967. Звертає на себе увагу той факт, що в грунтових пробах №5, 7, 9 і 16

    кількість метилотрофних мікроорганізмів було вище, ніж углеводородокисляющих (в середньому в 2 рази), що свідчить про розвиток в грунті не тільки факультативних метілотрофов, але і облігатних. Це є непрямим доказом наяв-

    SOUTH OF RUSSIA: ECOLOGY, DEVELOPMENT Vol.12 П0.2 2017 4 | U METHODS OF ENVIRONMENTAL

    STUDIES

    чия метану в верхньому горизонті грунту над підземним сховищем газу.

    В останні роки в рамках грунтово-екологічного моніторингу промислових та індустріальних ландшафтів дослідники проводять магнітні вимірювання грунтів, які є доступними експресному методами аналізу для попереднього обстеження урбанізованих територій [15; 16]. Однією з важливих магнітних характеристик грунтів є магнітна сприйнятливість - фізична величина, що відображає здатність грунтового речовини змінювати магнітний момент при впливі зовнішнього магнітного поля. Найбільший внесок в магнітні властивості ґрунтів надає магнетит. Відомо, що над підземними штучними газовими покладами в зонах розсіювання і домінуючого впливу вуглеводневих газів переважають природні грунту з техногенно-педогеннимі ознаками - новоутвореннями мікродісперсний бактеріоморфного магнетиту [12]. У процесі синтезу магнетиту утворюються железоор-ганическое комплекси, в розкладанні кото-

    яких активно беруть участь бактерії, які здійснюють розпад складної органічної речовини, що супроводжується звільненням енергії.

    У ґрунтових пробах, відібраних у районі ПСГ, нами були визначені значення магнітної сприйнятливості і термомагнитного ефекту (табл. 1). Дані показники відповідали нормальним значенням для темно-каштанового грунту, вказуючи на відсутність вираженої техногенної трансформації, в той же час, не виключаючи наявність підвищеного вмісту заліза, синтезованого біогеохімічним шляхом, в пробах з більш високими значеннями магнітної сприйнятливості.

    З огляду на вищесказане, для моніторингового мікробіологічного аналізу грунту в районі ПСГ нами був обраний ще один показник - чисельність железоокіс-ляющих бактерій. Кількість железоокіс-ляющих мікроорганізмів в більшості з 9-ти вивчених грунтових зразків знаходилося в діапазоні від 1 до 3 * 105 КУО / г грунту (рис. 5).

    20 18 16 14

    з

    'з 1?

    НС

    ? з до пп 10

    з? 3

    До з Про 8

    6

    4

    2

    0

    I I

    | -

    проби soil samples

    Мал. 5. Чисельність железоокісляющіх мікроорганізмів в пробах грунту Fig. 5. Number of iron-oxidizing microorganisms in soil samples

    Виділялася проба № 5 зі зниженим вмістом железоокісляющіх мікроорганізмів, яка була відібрана на кордоні території ПСГ. У пробі № 6 спостерігався підвищений вміст железоокісляющіх

    мікроорганізмів. Цей зразок був відібраний безпосередньо над стволом основний газової свердловини поруч з газорозподільної станцією. Не виключено, що саме в

    SOUTH OF RUSSIA: ECOLOGY, DEVELOPMENT Vol.12 П0.2 2017 4 | U METHODS OF ENVIRONMENTAL

    STUDIES

    тому місці могли сформуватися скупчення бактеріоморфного магнетиту.

    У контрольних зразках грунтів чисельність метилотрофних була нижче, ніж в грунті на території сховища, кількість углеводородокисляющих і железоокісляю-чих бактерій перебувала в широкому діапазоні і, в середньому, не відрізнялася від значень в грунті над ПСГ.

    До токсичних компонентів нафти відносять сірковмісні сполуки, які мають надзвичайну стійкість у навколишньому середовищі, що становить небезпеку для людини і тварин. Відомо, що продукція нафтових родовищ карбону, як правило, містить, сірководень, а пластові води девонських відкладень - солі заліза. У районах розроблюваних газових і нафтових родовищ показано підвищений вміст сульфідів заліза, збільшення вмісту сіроокіслюючих мікроорганізмів і зниження окислювально-відновного потенціалу в грунтовому

    профілі в порівнянні з фоновими грунтами [17].

    У ряді досліджених проб грунту, відібраних в районі Степновского ПСГ, було виявлено підвищений вміст сульфіду заліза. У зв'язку з цим, ми припустили, що в грунті на території ПСГ може спостерігатися підвищений вміст сіроокіслюючих бактерій. Чисельність сіроокіслюючих бактерій досліджували в ґрунтових зразках № 10-20 (рис. 6). У пробах № 10, 11, 14 і 16 кількість сіроокіслюючих бактерій знаходилося в межах від 4 до 26хЮ3 КУО / г грунту. У пробах 18, 19 і 20-було трохи менше. Низьким вмістом сіроокіслюючих бактерій відрізнялися проби № 12, 13 і 15 (<100 КУО / г грунту). Максимальна кількість сіроокіслюючих мікроорганізмів виявлялося в зразку № 17 - 82,2x103 КУО / г грунту. У контрольних пробах ґрунту, які були відібрані за межами Степновского ПСГ, сероокісля ющіе бактерії не виявлялися.

    45

    40

    35

    про 30

    * 'З

    3? 25

    (Г про

    V про вд

    з? D 20

    _і Ін

    до Про

    з и 15

    10

    5

    0

    82,2

    Л2_&

    10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

    проби soil samples

    Мал. 6. Чисельність сіроокіслюючих мікроорганізмів в пробах грунту Fig. 6. Number of sulfur-oxidizing microorganisms in soil samples

    Цей факт, а також виявлене нами в ряді ґрунтових проб підвищений вміст спеціалізованої мікрофлори може бути пов'язано з селективним впливом відповідних субстратів. Тому виявлені особливості в ґрунтових

    микробоценозов можуть побічно свідчити про присутність в грунті сірковмісних сполук.

    Достовірних кореляцій між чисельністю мікроорганізмів (гетеротрофних, метилотрофних, углеводород-, сіро і

    SOUTH OF RUSSIA: ECOLOGY, DEVELOPMENT Vol.12 П0.2 2017 4 | U METHODS OF ENVIRONMENTAL

    STUDIES

    железоокісляющіх) в грунті над ПСГ і ис телями грунту не виявлялося, слідувати фізико-хімічними показу-

    ВИСНОВОК

    Проведений мікробіологічний аналіз грунту над підземним сховищем природного газу виявив знижений вміст гетеротрофних мікроорганізмів у порівнянні з фоновими пробами, що може бути відображенням реакцій ґрунтових мікроорганізмів на зміну умов навколишнього середовища.

    У ряді зразків виявлено підвищений вміст углеводородокисляющих-чих і метилотрофних мікроорганізмів (в порівнянні з контрольними пробами), в тому числі, облігатних, що дозволяє говорити про надходження метану в верхні шари грунту. Ще одна ознака, що свідчить про витоки метану на газоносної території, це виявлення железоокісляющіх мікроорганізмів, для яких субстратом можуть бути бактеріоморфние субнанодісперсние магнітні оксиди заліза, що утворюються

    при неповних циклах окислення метану. Результати мікробіологічного аналізу продемонстрували також підвищений вміст сіроокіслюючих бактерій в ряді ґрунтових проб над ПСГ в порівнянні з контрольною територією, вказуючи на наявність у грунті сірковмісних сполук.

    Таким чином, результати мікробіологічної індикації грунтів в зоні сховища природного газу, що свідчать про розвиток спеціалізованих ґрунтових мікроорганізмів, підтверджували наявність забруднювачів в грунті (вуглеводнів і з'єднань сірки). Регулярно-проводиться подібний моніторинг мікробіологічних показників грунтів в районах ПСГ може сприяти пошуку джерел екотоксікан-тов, вживати своєчасних заходів по підтримці нормального функціонування ґрунтових екосистем, їх відновленню.

    Подяка: Дослідження проводилося за підтримки Міністерства освіти і науки Російської Федерації (дослідження Завдання № 1757) і в рамках Президентської програми грантів для підтримки молодих російських учених (МК-5424.2015.5).

    Acknowledgement: The study was supported by the Ministry of Education and Science of the Russian Federation (Study Task No. 1757) and within the framework of the Presidential Grant Program (Young Scientists Support Program) (MK-5424.2015.5).

    СПИСОК

    1. Cao Y., Staszewska E. Methane emission mitigation from landfill by microbial oxidation in landfill cover II International conference on environmental and agriculture engineering IPCBEE. 2011. Singapore: IACSIT Press, vol. 15, pp. 57-64.

    2. Guo H., Yao J., Cai M., Qian Y., Guo Y., Richnow HH, Blake RE, Doni S., Ceccanti B. Effects of petroleum contamination on soil microbial numbers, metabolic activity and urease activity II Chemosphere. 2012 vol. 87, pp. 1273-1280. DOI: 10.1016 / j.chemosphere.2012.01.034

    3. Ніконов А.І. Сучасні підходи до вирішення питань еколого-промислової безпеки об'єктів нафтогазового комплексу II Територія «Нафтогаз». 2013, N 8. С. 86-93.

    4. Можарова Н.В., Кулачкова С.А., Проніна В.В. Специфіка функціонування ґрунтового покриву газоносних територій II Вісник Московського Університету. Сер. 17, Почвоведение. 2005, N 3. С. 919.

    5. Бухгалтер Е.Б., Будніков Б.О., Можарова Н.В., Кулачкова С.А. Герметичність об'єктів підземного зберігання природного газу за даними грунтово-екологічного моніторингу II Територія «Нафтогаз». 2009 N 8. С. 70-73.

    6. Kizilova A., Yurkov A., Kravchenko I. Aerobic methanotrophs in natural and agricultural soils of European Russia II Diversity. 2013, vol. 5, pp. 541-556. D0l: 10.3390 / d5030541

    7. Практикум з мікробіології I Под ред. А.І. Нетрусова. M .: Академія, 2005. 608 с.

    8. Гузев B.C., Халімов Г.М., Волд М.І., паски-ська І.С. Регуляторний вплив глюкози на активність углеводородокисляющих мікроорганізмів в грунті II Мікробіологія. 1997, Т. 66, N 2. С. 154-159.

    9. Грунтові мікроорганізми: прокаріоти, виділення, облік і ідентифікація / Под ред. Є.Г. Іне-шиною. Улан Уде: Вид-во ВСГТУ, 2007.143 з.

    10. Захарова Ю.Р., Парфьонова В.В. Метод культивування мікроорганізмів, що окислюють залізо і

    SOUTH OF RUSSIA: ECOLOGY, DEVELOPMENT Vol.12 П0.2 2017 4 | U METHODS OF ENVIRONMENTAL

    STUDIES

    марганець в донних відкладах оз. Байкал II Изв. РАН. Сер. Біол. 2007, N 3. С. 290-295.

    11. Кузнецов С.І., Дубініна Г.А. Методи вивчення водних мікроорганізмів. М .: Наука, 1989. 288 с.

    12. Решетніков М.В. Магнітна індикація грунтів міських територій (на прикладі м Саратова). Саратов: Сарат. держ. тех. ун-т, 2011.152 з.

    13. Mozharova N.V., Kulachkova S.A. Specificity of soil functioning and formation on gas-bearing areas II Journal of Soils and Sediments. 2008, vol. 8, no. 6, pp. 424-432.DOI: 10.1007 / s11368-008-0042-0

    14. Mozharova N.V. Soil cover of gas-bearing areas II Eurasian Soil Science. 2010 vol. 43, no. 8, pp. 935-944. D0l: 10.1134 / S1064229310080119

    15. Строганова M.H., Іванов A.B., Гладишева M.A. Магнітна сприйнятливість грунтів урбанізованих

    територій (на прикладі міста Москви) II Доповіді з екологічного грунтознавства. 2012 Т. 16, N 1. С. 40-80.

    16. Zhang С., Qiao Q., Piper J.D.A., Huang В. Assessment of heavy metal pollution from a Fe-smeiting plant in urban river sediments using environmental magnetic and geochemicai methods II Environmental Pollution. 2011, vol. 159, pp. 3057-3070. DOI: 10.1016 / j.envpol.2011.04.006

    17. Гарифуллин Ф.С., Гатін Р.Ф., Шількова Р.Ф., Саматов P.M., Арсланов Ф.Г. Критерій оцінки інтенсивності процесу сульфідообразованія в видобувних свердловинах II Нафтове господарство. 2002 N 11.С. 100-101.

    1. Cao Y., Staszewska E. Methane emission mitigation from landfill by microbial oxidation in landfill cover. International conference on environmental and agriculture engineering IPCBEE. 2011. Singapore, IACSIT Press, vol. 15, pp. 57-64.

    2. Guo H., Yao J., Cai M., Qian Y., Guo Y., Richnow H.H., Blake R.E., Doni S., Ceccanti B. Effects of petroleum contamination on soil microbial numbers, metabolic activity and urease activity. Chemosphere. 2012 vol. 87, pp. 1273-1280. DOI: 10.1016 / j.chemosphere.2012.01.034

    3. Nikonov A.I. Modern Approaches to Issues of Ecological and industrial Safety of Oil and Gas Facilities. Territoriya «Neftegaz» [ "Oiigas" Territory], 2013, no. 8, pp. 86-93. (In Russian)

    4. Mozharova N.V., Kulachkova S.A., Pronina V.V. Specifity of Soil Cover Function in the Region of Underground Gas-holder. Vestnik Moskovskogo Universiteta. Seriya 17, Pochvovedenie [Moscow University Soil Science Bulletin. Series 17, Soil Science], 2005, no. 3, pp. 9-19. (In Russian)

    5. Buhgalter Je.B., Budnikov B.O., Mozharova N.V., Kulachkova S.A. The tightness of underground storage of natural gas according to soil and environmental monitoring. Territoriya «Neftegaz» [ "Oiigas" Territory] 2009, no. 8, pp. 70-73. (In Russian)

    6. Kiziiova A., Yurkov A., Kravchenko I. Aerobic methanotrophs in natural and agricultural soils of European Russia. Diversity. 2013, vol. 5, pp. 541-556. D0l: 10.3390 / d5030541

    7. Netrusov A.I., ed. Praktikumpomikrobiologii [Practical Studies in Microbiology], Moscow, Akademiya Publ., 2005. 608 p.

    8. Guzev V.S., Khalimov G.M., Volde M.I., Kuli-chevskaya I.S. Regulatory Effect of Glucose on Hydrocarbon-Oxidizing Microorganisms in Soil. Mikrobioiogiya [Microbiology], 1997, vol. 66, no. 2, pp. 154-159. (In Russian)

    9. ineshina E.G., ed. Pochvennye mikroorganizmy: prokarioty, vydelenie, uchet i identifikatsiya [Soil Microorganisms: Prokaryotes, Isolation, Registration and identification], Ulan-Ude, VSGTU Publ., 2007.143 p.

    10. Zakharova Yu.R., Parfenova V.V. A Method for Cultivation of Microorganisms Oxidizing Iron and Manganese in Bottom Sediments of Lake Baikal. Biology Bulletin. 2007. vol. 34. no. 3. pp. 236-241. (In Russian) DOI: 10.1134 / S1062359007030041

    11. Kuznecov S.I. Dubinins G.A. Metody izucheniya vodnykh mikroorganizmov [Methods of Study of Aquatic Organisms], Moscow, Nauka Publ., 1989. 288 p.

    12. Reshetnikov M.V. Magnitnaya indikatsiya pochv gorodskikh territorii {na primere g. Saratova) [Magnetic indication of Soils of Urban Territories (On the Example of Saratov City)]. Saratov, SGTU Publ., 2011.152 p.

    13. Mozharova N.V., Kulachkova S.A. Specificity of soil functioning and formation on gas-bearing areas. Journal oiSoils and Sediments. 2008, vol. 8, no. 6, pp. 424-432. D0l: 10.1007 / s11368-008-0042-0

    14. Mozharova N.V. Soil cover of gas-bearing areas. Eurasian Soil Science. 2010 vol. 43, no. 8, pp. 935-944. D0l: 10.1134 / S1064229310080119

    15. Stroganova M.N., Ivanov A.V., Gladysheva M.A. Magnetic susceptibility of soils in the urbanized territories (on example of Moscow), interactive Journal of Ecological Soil Science 2012, vol. 1, no. 16, pp. 40-80. (In Russian)

    16. Zhang C., Qiao Q., Piper J.D.A., Huang B. Assessment of heavy metal pollution from a Fe-smeiting plant in urban river sediments using environmental magnetic and geochemicai methods. Environmental Pollution. 2011, vol. 159, pp. 3057-3070. DOI: 10.1016 / j.envpol.2011.04.006

    17. Garifullin F.S., Gatin R.F., Shii'kova R.F., Samatov R.M., Arslanov F.G. The Criterion of intensity of Sulfide Formation Evaluation Process in Producing Weils. Neftyanoe khozyaistvo [Oil industry], 2002 no. 11, pp. 100-101. (In Russian)

    SOUTH OF RUSSIA: ECOLOGY, DEVELOPMENT Vol.12 П0.2 2017 4 | U METHODS OF ENVIRONMENTAL

    STUDIES

    ВІДОМОСТІ ПРО АВТОРІВ Належність до організації Катерина В. Плешакова * - д.б.н., професор кафедри біохімії та біофізики, Київський національний дослідницький державний університет імені Н.Г. Чернишевського, тел. +7 (8452) 50-38-58, вул. Астраханська, 83, корпус V, м Саратов, 410012, Росія, e-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. Вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.

    Клемент Т. Нгун - аспірант кафедри біохімії та біофізики, Київський національний

    дослідний державний університет імені Н.Г. Чернишевського, м Саратов, Росія.

    Михайло В. Решетніков - к.г.н., доцент кафедри петрології і прикладної геології, завідувач лабораторією геоекології, Київський національний дослідницький державний університет імені Н.Г. Чернишевського, м Саратов, Росія.

    критерії авторства

    Михайло В. Решетніков здійснював відбір ґрунтових зразків, досліджував фізико-хімічні показники грунту, включаючи водневий показник, окислювально-відновний потенціал, магнітну сприйнятливість і ін., Підготував карту-схему дослідженої території і табличний матеріал. Клемент Т. Нгун провів експериментальні дослідження, пов'язані з оцінкою чисельності індикаторних мікроорганізмів в ґрунтових зразках (гетеротрофних, вугле-водородокісляющіх, метилотрофних і железоокіс-ляющих). Катерина В. Плешакова склала план дослідження, підготувала огляд літературних джерел по темі дослідження, брала участь в аналізі чисельності сіроокіслюючих мікроорганізмів, проаналізувала дані, підготувала малюнки, написала рукопис і несе відповідальність за плагіат.

    Конфлікт інтересів

    Автори заявляють про відсутність конфлікту інтересів.

    Надійшла 26.11.2016 Прийнята до друку 28.12.2016

    AUTHORS INFORMATION

    Affiliations

    Ekaterina V. Pleshakova * - doctor of biological sciences, professor of the Department of Biochemistry and Biophysics of Saratov National Research State University named after N.G. Chernyshevsky, phone: +7 (8452) 50-38-58, address: 83 Astrakhaskaya str., Saratov, 410012 Russia, e-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. Вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.

    Clement T. Ngun - graduate student of the Department of Biochemistry and Biophysics of Saratov National Research State University named after N.G. Chernyshevsky, Saratov, Russia.

    Mikhail V. Reshetnikov - PhD, associate professor of the Department of Mineralogy and Petrography, head of laboratory of geoecology, Saratov National Research State University named after N.G. Chernyshevsky, Saratov, Russia.

    Contribution

    Mikhail V. Reshetnikov, carried out selection of soil samples, studied the physicochemical parameters of the soil, including the hydrogen index, oxidation-reduction potential, magnetic susceptibility, etc., prepared a map-scheme of the investigated territory and tabular material. Clement T. Ngun, conducted experimental studies related to the assessment of the number of indicator microorganisms in soil samples (heterotrophic, hydrocarbon oxidizing, methylotrophic and iron-oxidizing). Ekaterina V. Pleshakova, compiled a study plan, prepared a review of the literature on the research, participated in conducting an analysis of the number of sulfur-oxidizing microorganisms, analyzed the data, prepared the drawings, wrote the manuscript and is responsible for avoiding the plagiarism.

    Conflict of interest

    The authors declare no conflict of interest.

    Received 26.11.2016 Accepted for publication 28.12.2016


    Ключові слова: ПІДЗЕМНЕ СХОВИЩЕ ПРИРОДНОГО ГАЗУ /гетеротрофну /метилотрофні /углеводородокисляющих /ЖЕЛЕЗООКІСЛЯЮЩІЕ /сіроокіслюючих МІКРООРГАНІЗМИ /UNDERGROUND STORAGE OF NATURAL GAS /HETEROTROPHIC /METHYLOTROPHIC /HYDROCARBON OXIDIZING /IRON OXIDIZING /SULFUR OXIDIZING MICROORGANISMS

    Завантажити оригінал статті:

    Завантажити