В почвах каждой климатической зоны формируется микробоценоз, обладающий различной активностью трансформации углеводородов. Из-за наличия обширной территории в Республике Казахстан не могут быть разработаны единые рекомендации для всех районов по защите и рекультивации земель, нарушенных при нефтедобыче и транспортировке нефти. Эффективность мероприятий, направленных на восстановление земель, для каждого ландшафтно-геохимического района возможна только с учетом природных механизмов самоочищения – факторов, ускоряющих этот процесс, количественных и качественных критериев, характеризующих разные стадии изменения нефти, почв, растительности, а также скорости восстановления последних. От данных факторов зависит правильная оценка экологического ущерба, вопросы нормирования нефтезагрязнений и расчет объемов работ по ликвидации последствий разливов нефти и нефтепродуктов [5]. Наиболее оптимальным показателем устойчивости почв к нефтяным загрязнениям является состояние микробных сообществ. Показано, что при загрязнении почв нефтью происходит адаптация и перестройка функциональной структуры почвенного микробного сообщества [1].
Ускорить очистку почв с помощью нефтеокисляющих микроорганизмов возможно несколькими способами: активизацией метаболической активности естественного микробоценоза путем изменения водно-воздушных условий почвы и её питательного режима (агротехнические приемы); подготовкой и внесением активных нефтеокисляющих микроорганизмов, удобрений в загрязненные почвы [2].
Цель исследования. Целью исследования является изучение процессов биоремедиации нефтезагрязненной почвы до и после внесения органоминеральных удобрений и проведении агротехнических мероприятий на нефтезагрязненную почву месторождения «Акшабулак» Кызылординской области.
Материалы и методы исследования
Мелкоделяночные опыты проводились на полигоне Товарищества с ограниченной ответственностью «К-Курылыс» Кызылординской области. Объектами исследований являлись искусственно загрязненные нефтью почвы месторождения «Акшабулак». В контрольном варианте использовали загрязненную почву (без внесения удобрений). Ферментативную активность почв определяли методами почвенной энзимологии [8]. Содержание нефти в почве определяли гравиметрическим методом [6]. Исходное содержание нефти определяли в аккредитованной лаборатории Центра физико-химических методов исследований и анализа Казахского национального университета им. аль-Фараби.
Результаты исследования и их обсуждение
В полевых условиях на нефтезагрязненную почву были внесены органо-минеральные удобрения ОМУ-1 (навоз – 1,60 кг, птичий помет – 0,16 кг, нитроаммофоска – 13 г, аммиачная селитра – 6,5 г), ОМУ-2 (навоз – 2,50 кг, птичий помет – 0,25 кг, нитроаммофоска – 20 г, аммиачная селитра – 10 г) и ОМУ-3 (навоз – 3,30 кг, птичий помет – 0,33 кг, нитроаммофоска – 26 г, аммиачная селитра – 13 г) на 4 м2. На экспериментальном участке исходное содержание нефти составляет 30,95 г/кг.
Таблица 1
Влияние органо-минеральных удобрений на содержание нефти в почве экспериментального участка
|
Наименование участка |
Исходное содержание нефти, г/кг |
Содержание нефти, г/кг (1 месяц) |
Процент деструкции нефти, % (1 месяц) |
Содержание нефти, г/кг (2 месяц) |
Процент деструкции нефти, % (2 месяц) |
Содержание нефти, г/кг (3 месяц) |
Процент деструкции нефти, % (3 месяц) |
|
Контроль (загрязненная почва) |
30,95 |
29,6 |
4,36 |
26 |
15,9 |
23,7 |
23,42 |
|
Загр. почва + органо-минеральные удобрения (ОМУ-1) |
24,8 |
19,8 |
20 |
35,3 |
17,96 |
41,9 |
|
|
Загр. почва + органо-минеральные удобрения (ОМУ-2) |
23,7 |
23,4 |
17,7 |
42,8 |
16,4 |
47,01 |
|
|
Загр. почва + органо-минеральные удобрения (ОМУ-3) |
23,3 |
24,71 |
16,6 |
46,3 |
14,92 |
51,7 |
По результатам проведенных исследований, найдено, что через 3 месяца в почве контрольного варианта содержание нефти снижается на 23,42 %, наибольший процент деструкции нефти наблюдается в варианте ОМУ-3 и составляет 51,7 %. Также было определены содержание тяжелых металлов (Pb, Zn, Cd) в почве полевого эксперимента вначале и по истечении 4 месяцев после внесения органо-минеральных удобрений. Результаты исследований представлены в табл. 2 и 3.
Как видно из табл. 2, в почвенных образцах были выявлены гидрокарбонаты, сульфаты, хлориды, тогда как карбонаты не обнаружены, это доказывает, что исследуемая почва не относится к кислым почвам, pH-7,4. Содержание тяжелых металлов не превышает ориентировочно допустимые концентрации в почве. По градациям Н.К. Балябо, исследуемую почву по степени засоленности, можно отнести к слабо сульфатной и хлоридно-сульфатной почве [4].
Проведен микробиологический анализ отобранных проб почвы до закладки полевого эксперимента. Численность микроорганизмов экспериментального участка до внесения органо-минеральных удобрений ОМЧ – 4,3 ± 0,7×105 КОЕ/г, спорообразующие микроорганизмы 2,8 ± 0,6×104 КОЕ/г, мицелиальные грибы 1,7 ± 0,5×103 КОЕ/г, актиномицеты – 1,6 ± 1,4×104 КОЕ/г, олиготрофные микроорганизмы – 1,5 ± 0,4×105 КОЕ/г,
УОМ – 8,0 ± 0,3×103 КОЕ/г,
Таблица 2
Исходные агрохимические показатели и содержание тяжелых металлов в исследуемых почвах
|
Наименование пробы |
НСО3- |
СО32- |
SO42- |
Cl- |
Zn |
Cd |
Pb |
|
ммоль/100 г почвы% |
мг/кг |
||||||
|
Контроль (загрязненная почва) |
|
н/о |
|
|
0,20 |
0,58 |
10,88 |
|
Загр.почва + органо-минеральные удобрения (ОМУ1) |
|
н/о |
|
|
0,54 |
0,61 |
13,73 |
|
Загр.почва + органо-минеральные удобрения (ОМУ2) |
|
н/о |
|
|
1,28 |
0,95 |
9,55 |
|
Загр.почва + органо-минеральные удобрения (ОМУ3) |
|
н/о |
|
|
2,17 |
0,47 |
4,60 |
Таблица 3
Конечные агрохимические показатели и содержание тяжелых металлов в исследуемых почвах
|
Наименование пробы |
НСО3- |
СО32- |
SO42- |
Cl- |
Zn |
Cd |
Pb |
|
ммоль/100г почвы/%к |
мг/кг |
||||||
|
Контроль (загрязненная почва) |
|
н/о |
|
|
16,2 |
0,06 |
3,04 |
|
Загр.почва + органо-минеральные удобрения (ОМУ1) |
|
н/о |
|
|
15,7 |
0,06 |
2,97 |
|
Загр.почва + органо-минеральные удобрения (ОМУ2) |
|
н/о |
|
|
21,7 |
0,07 |
3,70 |
|
Загр.почва + органо-минеральные удобрения (ОМУ3) |
|
н/о |
|
|
22,6 |
0,06 |
3,65 |
По результатам агрохимического анализа, карбонаты не обнаружены, были выявлены гидрокарбонаты, сульфаты, хлориды. В контрольном варианте содержание гидрокарбонатов, хлоридов и сульфатов составляет 0,18/0,011, 0,42/0,015 и 0,53/0,025 ммоль/100 г почвы/ %, соответственно. Содержание тяжелых металлов в почве не превышают ПДК [7]. В опытных вариантах наибольшее содержание гидрокарбонатов отмечено в варианте с внесением органо-минеральных удобрений ОМУ-3 и составляет 0,51/0,024 ммоль/100 г почвы/ %.
Разложение нефти и нефтепродуктов в почве в естественных условиях – процесс биохимический. Интенсивность деградации нефти находится в прямой зависимости от ферментативной активности почвы, общего количества почвенной микрофлоры и ее физиологической активности [3]. По степени обогащенности ферментами почву месторождения «Акшабулак» можно отнести к очень бедным. Повышение ферментативной активности наблюдается через 4 месяца после внесения органоминеральных удобрений. Результаты исследований представлены в табл. 4.
До закладки полевого опыта уреазная активность почвы не проявляется, а дегидрогеназная активность составляет 0,085 мг ТФФ/10 г/24 ч. Внесение органоминеральных удобрений способствует значительному повышению активности изучаемых ферментов. Через 4 месяца в опытных вариантах активность дегидрогеназы составляет 0,61–0,804 мг ТФФ/10 г/24 ч, а уреазы – 0,225–0,91 СО2 в мл.
Таблица 4
Ферментативная активность почв экспериментального участка
|
Варианты опыта |
Дегидрогеназа, (мг ТФФ/10 г/24 ч) |
Уреаза, СО2 в мл |
|
До внесения органо-минеральных удобрений |
||
|
Контроль (загрязненная почва) |
0,085 |
0 |
|
через 4 месяца |
||
|
Фон (незагрязненная почва) |
0,131 |
0,66 |
|
Контроль (загрязненная почва) |
0,124 |
0,155 |
|
Загр. почва + органо-минеральные удобрения (ОМУ-1) |
0,685 |
0,91 |
|
Загр. почва + органо-минеральные удобрения (ОМУ-2) |
0,804 |
0,225 |
|
Загр. почва + органо-минеральные удобрения (ОМУ-3) |
0,61 |
0,78 |
Исследования общей микробной численности показали, что после одного месяца при внесении ОМУ наблюдается увеличение на порядок количества спорообразующих бактерий и мицелиальных грибов во всех опытных вариантах. Численность актиномицетов при внесении ОМУ-1 и ОМУ-2 повышается на порядок, а с использованием ОМУ-3 – на 2 порядка. Содержание углеводородокисляющих микроорганизмов превышает исходные показатели на 2–3 порядка. Через 3 месяца в экспериментальных образцах заметных изменений в численности исследуемых групп микроорганизмов не происходит. Исключение составляют углеводородокисляющие микроорганизмы, количество которых возрастает на порядок.
Выводы
Таким образом, по результатам полевых исследований, показано, что наибольший процент деструкции нефти наблюдается в варианте с внесением ОМУ-3 и составляет 51,7 %. Численность основных групп почвенных микроорганизмов возрастает на 1–3 порядка, ферментативная активность почвы увеличивается по сравнению с контрольным участком. Найдено, что содержание тяжелых металлов не превышает ориентировочно допустимые концентрации.
Рецензенты:
Ибадуллаева С.Ж., д.б.н., профессор кафедры «Биология и георграфия» Кызылординского государственного университета им. Коркыт Ата, г. Кызылорда;
Нургызарынов А.М., д.с-х.н., профессор кафедры «Химия и экология» Кызылординского государственного университета им. Коркыт Ата, г. Кызылорда.
Работа поступила в редакцию 02.09.2014.