Математические модели и методы анализа восстановления биосистем, подверженных антропогенным воздействиям : на примере восстановления нефтезагрязненных почв

• Автор: Водопьянов, Владимир Васильевич
• Шифр специальности: 05.13.18
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Уфа
• Количество страниц: 294 с. : ил.

Введение

1. Анализ проблемы восстановления биосистем, подвержен

ных антропогенному воздействию

1.1. Актуальность проблемы математического моделирования

процесса восстановления природнотехнических систем

1.2. Анализ структуры и функционирования почвенной экосисте мы в гомеостазисе и техногенезе
1.3. Анализ подходов к решению задачи восстановления природ нотехнических систем на основе математического моделирования

1.4. Цель и задачи исследований

Выводы по 1 главе

2. Разработка первичных математических моделей функцю нирования нрнроднотехннческой системы и идентификация

2.1. Принципы моделирования и идентификации моделей

2.2. Разработка параметрических моделей динамики функциони рования подсистем природнотехнической системы
Выводы по 2 главе
3. Разработка математических моделей функционирования микробиоты природнотехнической системы
3.1. Разработка математической модели разложения нефти в сте рильной почве
3.2. Разработка математической модели разложения нефти в есте ственпой почве
3.3. Анализ динамики изменения численности и колониального 6 роста микромицетов в природнотехнических системах почвы
3.4. Разработка математических моделей динамики прорастания
грибных пропагул
3.5. Использование математических моделей динамики прораста 8 ния грибных пропагул для описания процесса накопления оппортунистических грибов
Выводы по 3 главе
4. Анализ математических моделей кинетики фсрментатив 4 ных реакций в природнотехнических системах
4.1. Анализ кинетических уравнений ферментативных реакций
4.2. Модификация математических моделей ферментативной 4 кинетики для гидролаз в природнотехнической системе почвы
4.3. Применение математических моделей ферментативной 1 кинетики для оксиредуктаз в природнотехнической системе почвы
Выводы по 4 главе
5. Разработка математических моделей и методов управления 3 восстановлением природнотехнических систем
5.1. Исследование динамика изменения численности углеводоро 4 докисляющих микроорганизмов и разработка математических моделей
5.2. Использование фитотоксичности и алломечрических показа 0 телей для оценки состояния природнотехнической системы построение математической модели
5.3. Разработка математической модели деградации нефти в ризо 4 сфере растений
5.4. Анализ методов управления восстановлением природно
технических систем
Выводы но 5 главе
Основные результаты работы и выводы
Литература


Почва содержит огромное количество и разнообразие микроорганизмов. Существование почвы без микробов невозможно. Микробы обусловливают протекание в почве ряда наиболее важных процессов. Они являются необходимым звеном в круговороте всех биогенных элементов, участвующих в почвообразовании и поддержании почвенного плодородия. Микроорганизмы обнаруживаются в окружающей природной среде практически повсеместно. Однако из всех известных сред обитания наиболее богатой как количественно, так и качественно является почва, в одном грамме которой может находиться более Ю микробов. Способность почвенных микроорганизмов чутко реагировать на малейшие изменения окружающей среды позволяют использовать их для индикации состояния экосистем и деградации токсичных соединений в них. Эта особенность почвенных микроорганизмов делает их незаменимыми в современных экологических исследованиях для ранней диагностики изменений, происходящих в экосистемах под воздействием антропогенных веществ и их микробной трансформации. При проведении биомониторинга и биодиагностики почв ведущими являются показатели биологической активности. Под биологической активностью следует понимать напряженность интенсивность всех биологических процессов в почве. Биологическая активность характеризует размеры и направление процессов превращения веществ и энергии в экосистемах почвы, интенсивность переработки органических веществ и минералов. Биологическая активность и биогенность почвы часто не совпадают друг с другом. В качестве показателей биологической активности почв используются численность и биомасса разных групп почвенной биоты, их продуктивность, ферментативная активность почв, активность основных процессов, связанных с круговоротом элементов, некоторые энергетические данные, количество и скорость накопления продуктов жизнедеятельности почвенных организмов. Из многочисленных показателей биологической активности почвы большое значение имеют почвенные ферменты. Их разнообразие и богатство делают возможным осуществление последовательных биохимических превращений, поступающих в почву органических остатков. Название фермент происходит от латинского ферментум брожу, закваска. Явление катализа и в настоящее время полностью не разгадано. Сущность действия катализаторов заключается в снижении энергии активации, необходимой для химической реакции, за счет ее направления обходным путем через промежуточные реакции, которые требуют меньше энергии, чем без катализатора. Благодаря этому повышается и скорость основной реакции. Под действием фермента ослабляются внутримолекулярные связи в субстрате вследствие некоторой деформации его молекулы, происходящей при образовании промежуточного комплекса ферментсубстрат. Общее ускорение реакции под действием фермента обычно составляет Ю . Ферменты отличаются от других катализаторов тремя уникальными свойствами высокой эффективностью действия специфичностью действия способностью к регуляции. К настоящему времени в почве тестированы на наличие активности около ферментов 6. Таким образом, роль ферментов заключается в том, что они значительно ускоряют биохимические реакции и делают их возможными при обычной нормальной температуре. Функционирование почвенной экосистемы при нефтяном загрязнении. В регионах с развитой нефтедобывающей и нефтеперерабатывающей промышленностью изза несовершенства технологий добычи, транспортировки и хранения основными техногенными загрязнителями окружающей среды является нефть и продукты ее переработки. Благодаря высокой адсорбирующей способности почвы нефтяные углеводороды надолго задерживаются в ней, изменяя при этом биологические свойства и нарушая структуру биоценоза рис. Как указывают Н. П.Солнцева с соавт. По составу нефть разделяют на легкую, которая быстро улетучивается, среднюю и тяжелую фракции. Нефть состоит преимущественно из углеводородов, высокомолекулярных смолисгоасфальтеновых веществ, минерализованных вод и микроэлементов. В нефти обнаружено около 0 индивидуальных соединений 5. Основные компоненты нефти углеводороды до подразделяются на 4 класса.