Diagnostic value of some indicators of soil nitrogen regime for assessing the ecological state of oil-pollutant soils

Capa

Citar

Texto integral

Acesso aberto Acesso aberto
Acesso é fechado Acesso está concedido
Acesso é fechado Somente assinantes

Resumo

The results of studies of the nitrogen regime of oil-contaminated soils in recent years are considered. Insufficient knowledge of this issue for man-made soils is emphasized, despite the fact that soil pollution with oil and petroleum products can cause significant changes in the nitrogen cycle and lead to irreversible violations of the ecological functions of soils. The generalization of the research results made it possible to identify the most informative indicators for assessing the processes of the nitrogen regime and the ecological state of oil-contaminated soils. Under conditions of oil pollution, the ratio of carbon and nitrogen contents in the soil increases, the nitrifying activity of soils decreases, and the proportion of ammonium forms of nitrogen increases relatively. It is shown that violations of the processes of the nitrogen cycle, the content and the ratio of the contents of different forms of nitrogen characterizing certain stages of its transformation in the soil can be restored to varying degrees during reclamation, depending on the properties of the soil. At the moment, the most promising areas of research into the processes of the nitrogen cycle in oil-contaminated soils are: the study of the vital activity of soil microorganisms carrying out various stages of the nitrogen cycle processes, the relationship of the structure and diversity of the microbiota with the rate of biodegradation of oil and transformation of nitrogen compounds in contaminated soils. The study of the nitrogen cycle processes is important for assessing the effects of soil pollution with petroleum products and choosing the most effective strategies for their restoration.

Texto integral

Acesso é fechado

Sobre autores

А. Gerasimov

St. Petersburg Federal Research Center of the RAS

Autor responsável pela correspondência
Email: recchi@rambler.ru

Scientific Research Center for Ecological Safety of the RASg

Rússia, Korpusnaya ul. 18, Saint-Petersburg 197110

Yu. Polyak

St. Petersburg Federal Research Center of the RAS

Email: recchi@rambler.ru

Scientific Research Center for Ecological Safety of the RASg

Rússia, Korpusnaya ul. 18, Saint-Petersburg 197110

L. Bakina

St. Petersburg Federal Research Center of the RAS

Email: recchi@rambler.ru

Scientific Research Center for Ecological Safety of the RASg

Rússia, Korpusnaya ul. 18, Saint-Petersburg 197110

Bibliografia

  1. Кузина В.Д., Антонова И.Н., Наполова Г.В., Наполов В.В. Динамика легкогидролизуемого азота под ячменем // Использование генетических ресурсов сельскохозяйственных растений в современном земледелии: сб. научн.-практ. конф. молод. ученых. Орел: Орел ГАУ, 2012. С. 265–266.
  2. Завалин А.А., Соколов О.А., Шмырева Н.Я. Азот в агросистеме на черноземных почвах. М.: РАН, 2018. 180 с.
  3. Чекин Г.В., Смольский Е.В. Агрохимические свойства почв опытного поля Брянского ГАУ // Вестн. Брянск. ГСХА. 2022. С. 31–37.
  4. Nutrient cycling in terrestrial ecosystems / Eds. P. Marschner, Z. Rengel. Berlin, Heidelberg: Springer, 2007. 397 р.
  5. Филиппова Л.С. Круговорот азота и его соединений в почве // Международ. научн.-исслед. журн. 2023. № 8(134). С. 5.
  6. Рагимов И.И. Содержание и формы азота в почве // Школа науки. 2021. № 5(42). С. 58–59.
  7. Lawlor D.W., Lemaire G., Gastal F. Nitrogen, plant growth and crop yield // Plant Nitrogen / Еds. Lea P.J., Morot-Gaudry J.F. Berlin, Heidelberg: Springer, 2001. Р. 369–378.
  8. Кудеяров В.Н. Почвенно-биогеохимические аспекты состояния земледелия в Российской Федерации // Почвоведение. 2019. № 1. С. 109–121.
  9. Hofman G., Van Cleemput O. Soil and plant nitrogen. Paris, France, September 2004. International Fertilizer Industry Association, 48 p.
  10. Лямкина Ю.Б., Хворова Л.А. Моделирование динамики азота в почве (теоретические аспекты) // Изв. АлтайГУ. 2011. № 1–2(69). C. 94–97.
  11. Васильченко Н.И. Агрогенная трансформация азота в почвах северного Казахстана // Вестн. АлтайГАУ. 2014. № 6. C. 67–71.
  12. Hachiya T., Sakakibara H. Interactions between nitrate and ammonium in their uptake, allocation, assimilation, and signaling in plants // J. Exp. Bot. 2017. V. 68. Iss. 10. P. 2501–2512.
  13. Таракановский А. Минеральный азот в почве. URL: https://direct.farm/post/mineralnyy-azot-v-pochve-17471 (дата обращения: 27.04.2023).
  14. Попова Е.Н., Семенов С.М. Влияние антропогенного азота на продуктивность сельскохозяйственных растений // Пробл. экол. мониторинга и моделирования экосистем. 2003. Т. 19. С. 180–199.
  15. Heil J., Vereecken H., Brüggemann N. A review of chemical reactions of nitrification intermediates and their role in nitrogen cycling and nitrogen trace gas formation in soil // Europ. J. Soil Sci. 2016. 67. Р. 23–39.
  16. Задорожний А.Н., Семенов М.В., Ходжаева А.К., Семенов В.М. Почвенные процессы продукции, потребления и эмиссии парниковых газов // Агрохимия. 2010. № 10. С. 75–92.
  17. Paśmionka I.B., Bulski K., Boligłowa E. The participation of microbiota in the transformation of nitrogen compounds in the soil – a review // Agronomy. 2021. № 11(5). Р. 977.
  18. Robertson G.P., Groffman P.M. Chapter 14 – Nitrogen transformations // Soil Microbiology, Ecology and Biochemistry. 2024. P. 407–438.
  19. Hayatsu M., Tago K., Saito M. Various players in the nitrogen cycle: diversity and functions of the microorganisms involved in nitrification and denitrification // Soil Sci. Plant Nutr. 2008. V. 54. Iss. 1. P. 33–45.
  20. Ollivier J., Töwe S., Bannert A., Hai B., Kastl E.-M., Meyer A., Su M.X., Kleineidam K., Schloter M. Nitrogen turnover in soil and global change // FEMS Microbiol. Ecol. 2011. V. 78. Iss. 1. P. 3–16.
  21. Ribeiro H., Mucha A.P., Azevedo I., Salgado P., Teixeira C., Almeida C.M.R., Joye S.B., Magalhães C. Differential effects of crude oil on denitrification and anammox, and the impact on N2O production // Environ. Pollut. 2016. 216. Р. 391–399.
  22. Zhao M.Y., Wang S., Li F.M., Guo S.H., Gao P. Soil oil pollution and its microbial community characteristics in Liaohe oilfield // J. Appl. Ecol. 2020. № 31(12). Р. 4215–4224.
  23. Raimi M.O., Ilesanmi A., Ogah A., Omini D.E. Exploring how human activities disturb the balance of biogeochemical cycles: evidence from the carbon, nitrogen and hydrologic cycles // Res. World Agricult. Econom. 2021. № 2(3). Р. 23–44.
  24. Федорова Т.Н., Синиговец М.Е., Саранин Е.К., Кузьмич М.А. Экологические проблемы при углеводородном загрязнении, самоочищение и реабилитация почв // Экология. 2011. № 2. 17 с.
  25. Liu H., Wu M., Gao H., Gao J., Wang S. Application of 15N tracing and bioinformatics for estimating microbial-mediated nitrogen cycle processes in oil-contaminated soils // Environ. Res. 2023. V. 217. Р. 114799.
  26. Chukwu E.Ch., Azuka Ch.V., Okorie B.O. Effects of different levels of spent engine oil on soil physicochemical properties using different texturally contrasting soils. 2022. doi: 10.21203/rs.3.rs-2231711/v1
  27. Uquetan U.I., Osang J.E., Egor A.O., Essoka P.A., Alozie S.I., Bawan A.M. A case study of the effects of oil pollution on soil properties and growth of tree crops in Cross River State, Nigeria // Inter. Res. J. Pure Appl. Physics. 2017. V. 5. 2. Р. 19–28.
  28. Obasi N.A., Eze E., Anyanwu D.I., Okorie U.C. Effects of organic manures on the physicochemical properties of crude oil polluted soils // Afric. J. Biochem. Res. 2013. V. 7(6). Р. 67–75.
  29. de Jong E. The effect of a crude oil spill on cereals // Environ. Pollut. Ser. A. Ecol. Biol. 1980. V. 22. Iss. 3. P. 187–196.
  30. Wyszkowski M., Wyszkowska J., Borowik A., Kordala N. Contamination of soil with diesel oil, application of sewage sludge and content of macroelements in oats // Water Air Soil Pollut. 2020. V. 231. Р. 546.
  31. Akpan G.U., Udoh B.T. Evaluation of some properties of soils affected by diesel oil pollution in Uyo, Niger delta area, Nigeria // J. Biol. Agricult. Healthcare. 2013. V. 3. № 8. Р. 33–42.
  32. Barua D., Buragohain J., Sarma S.K. Certain physic-chemical changes in the soil brought about by contamination of crude oil in two oil fields of Assam, NE India // Europ. J. Exp. Biol. 2011. № 1(3). Р. 154–161.
  33. Осипова Р.А., Равзутдинов А.Р., Гилязов М.Ю., Кужамбердиева С.Ж. Трансформация агрохимических свойств серой лесной почвы под действием нефти в зависимости от уровня и давности загрязнения // Плодородие. 2020. № 3(114). С. 55–60.
  34. John R.C., Ntino E.S., Itah A.Y. Impact of crude oil on soil nitrogen dynamics and uptake by legumes grown in wetland ultisol of the Niger delta, Nigeria // J. Environ. Protect. 2016. № 07(04). Р. 507–515.
  35. Назарюк В.М., Калимуллина Ф.Р. Роль удобрений в азотном питании растений при загрязнении почвы нефтью // Агрохимия. 2020. № 4. С. 76–84.
  36. Булуктаев А.А., Сангаджиева Л.Х., Даваева Ц.Д. Изменение эколого-биологических свойств светло-каштановых почв Калмыкии при нефтяном загрязнении // Изв. Саратов. ун-та. Сер. Химия. Биология. Экология. 2013. Т. 13. Вып. 1. С. 102–107.
  37. Kucharski J., Tomkiel M., Boros E., Wyszkowska J. The effect of soil contamination with diesel oil and petrol on the nitrification process // J. Elementol. 2010. № 15(1). Р. 111–118.
  38. Швец А.А. Фиторемедиация загрязненных нефтью почв в условиях Северо-Западного Кавказа: Автореф. дис. … канд. с.-х. наук. Краснодар, 2009. 20 с.
  39. Amadi A., Abbey S.D., Nma A. Chronic effects of oil spil on soil properties and microflora of rainforest ecosystem in Nigeria // Water Air Soil Pollut. 1996. V. 86. Р. 1–11.
  40. Niewolak S., Koziello M. Intensity of some nitrogen transformations in soils experimentally contaminated with crude oil // Pol. J. Environ. Stud. 1998. № 7(3). Р. 161–168.
  41. Wyszkowski M., Ziolkowska A. Relationship between petrol and diesel oil contamination versus mineral nitrogen content in soil following application of compost, bentonite and calcium oxide // Ecol. Сhem. Еngin. 2009. V. 16. № 8.
  42. Ерофеевская Л.А., Глязнецова Ю.С., Чалая О.Н. Использование дернообразующих растений в биоремедиации нефтезагрязненных мерзлотных почв // Усп. совр. естествознания. 2012. № 11. Ч. 1. С. 128–129.
  43. Смирнова Т.С., Панина Ю.Ю. Мониторинг углеводородного загрязнения почвы посредством анализа ее ферментативной активности // Защита окруж. среды в нефтегаз. комплексе. 2015. № 12. С. 33–38.
  44. Schutte C.A., Marton J.M., Bernhard A.E. No evidence for long-term impacts of oil spill contamination on salt marsh soil nitrogen cycling processes // Estuaries and Coasts. 2020. V. 43. P. 865–879.
  45. Liu H., Wu M., Zhang M., Gao H., Yan Z., Yang Z. New insight into the effect of nitrogen on hydrocarbon degradation in petroleum-contaminated soil revealed through 15N tracing and flow cytometry // Sci. Total. Environ. 2023. V. 891. P. 164409.
  46. Фатеев А.И., Мирошниченко Н.Н., Панасенко Е.В., Христенко С.И. Изменение агрохимических и микробиологических свойств нефтезагрязненного чернозема в рекультивационный период // Агрохимия. 2004. № 6. С. 53–60.
  47. Kucharski J., Jastrzebska E., Wyszkowska J. Effects of some oil products on the course of ammonification and nitrification // Acta Agr. Silv. Ser. Agr. 2004. V. 42. Р. 249–255.
  48. Баландина А.В., Жилкин С.М., Кузнецов Д.Б., Дубровина С.С. Восстановительная способность нефтезагрязненных почв при использовании различных препаратов // Совр. пробл. науки и образ-я. 2015. № 5. C. 42–48.
  49. Essien O.E., John I.A.J. Impact of crude-oil spillage pollution and chemical remediation on agricultural soil properties and crop growth // Appl. Sci. Environ. Manage. 2010. V. 14(4). Р. 147–154.
  50. Li H., Zhang Y., Kravchenko I., Xu H., Zhang C. Dynamic changes in microbial activity and community structure during biodegradation of petroleum compounds: a laboratory experiment // J. Environ. Sci. 2007. 19. Р. 1003–1013.
  51. Colla T.S., Andreazza R., Bücker F., de Souza M.M., Tramontini L., Prado G.R., Frazzon A.P.G., de Oliveira Camargo F.A., Bento F.M. Bioremediation assessment of diesel-biodiesel-contaminated soil using an alternative bioaugmentation strategy // Environ. Sci. Pollut. Res. 2014. V. 21(4). Р. 2592–2602.
  52. Bouman A.F., Van Drecht G., Van der Hoek K.W. Global and regional surface nitrogen balances in intensive agricultural production systems for the period 1970–2030 // Pedosphere. 2005. V. 15. P. 137–155.
  53. Rochette P., Angers D.A., Chantigny M.H., Gasser M.O., MacDonald J.D., et al. NH3 volatilization, soil NH4 concentration and soil pH following subsurface banding of urea at increasing rates // Canad. J. Soil Sci. 2013. V. 93. P. 261–268.
  54. Jahangir M.M.R., Fenton O., Carolan R., Harrington R., Johnston P., Zaman M., Richards K.G., Müller C. Application of 15N tracing for estimating nitrogen cycle processes in soils of a constructed wetland // Water Res. 2020. V. 183. P. 116062.
  55. Li Y., Wang C., Wu J., Zhang Y., Li Q., Liu S., Gao Y. The Effects of localized plant–soil–microbe interactions on soil nitrogen cycle in maize rhizosphere soil under long-term fertilizers // Agronomy. 2023. V. 13(8). P. 2114.
  56. Gao Y., Yuan L., Du J., Wang H., Yang X., Duan L., Zheng L., Bahar M.M., Zhao Q., Zhang W., Liu Y., Fu Z., Wang W., Naidu R. Bacterial community profile of the crude oil-contaminated saline soil in the Yellow River Delta Natural Reserve, China // Chemosphere. 2022. V. 289. P. 133207.
  57. Siles J.A., Margesin R. Insights into microbial communities mediating the bioremediation of hydrocarbon-contaminated soil from an Alpine former military site // Appl. Microbiol. Biotechnol. 2018. V. 102(10). Р. 4409–4421.
  58. Sun Y., Ding A., Zhao X., Chang W., Ren L., Zhao Y., Song Z., Hao D., Liu Y., Jin N., Zhang D. Response of soil microbial communities to petroleum hydrocarbons at a multi-contaminated industrial site in Lanzhou, China // Chemosphere. 2022. V. 306. Р. 135559.
  59. Zhang X., Kong D., Liu X., Xie H., Lou X., Zeng C. Combined microbial degradation of crude oil under alkaline conditions by Acinetobacter baumannii and Talaromyces sp. // Chemosphere. 2021. V. 273. Р. 129666.
  60. Polyak Y.M., Bakina L.G., Mayachkina N.V., Chugunova M.V., Bityutskii N.P., Yakkonen K.L., Shavarda A.L. Long-term effects of oil contamination on soil quality and metabolic function // Environ. Geochem. Health. 2023. doi: 10.1007/s10653-023-01779-2

Arquivos suplementares

Arquivos suplementares
Ação
1. JATS XML
Baixar

Declaração de direitos autorais © The Russian Academy of Sciences, 2025

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».