В результате развития нефтедобывающих и нефтеперерабатывающих производств повышается риск аварийных нефтеразливов и, как следствие этого, негативных экологических эффектов, проявляющихся в изменении физических, химических и биологических свойств окружающей среды. Нефть и нефтепродукты являются приоритетными загрязнителями природной среды. Уже сейчас отдельные нефтедобывающие территории по состоянию окружающей среды приближаются к районам экологического бедствия. Происходят глубокие изменения практически всех компонентов окружающей среды: почв и структуры почвенного покрова, грунтов и недр, поверхностных и подземных вод, биоты и воздуха [1].
Влияние нефтяных загрязнений на почву проявляется в изменении ее физических, физико-химических и химических свойств, в торможении интенсивности биологических процессов. Хронические разливы нефти приводят к быстрой потере продуктивности земель или полной деградации ландшафтов. Нефтяное загрязнение отличается от других антропогенных воздействий тем, что оно дает не постоянную, а «залповую» нагрузку на среду, вызывая быструю ответную реакцию. Во всех мероприятиях, связанных с ликвидацией последствий загрязнения, с восстановлением нарушенных земель, необходимо исходить из главного принципа: не нанести экосистеме больший вред, чем тот, который уже нанесен при загрязнении [2].
Целью исследования является изучение процессов биоремедиации нефтезагрязненной почвы в разных степенях загрязнения, также влияния органоминеральных удобрений и проведении агромелиоративных и агротехнических мероприятий на стимуляции самоочищающей способности почв месторождения «Акшабулак» Кызылординской области.
Материалы и методы исследования
Мелко-деляночные опыты проводились на полигоне ТОО «Тимур Company» Кызылординской области. Объектами исследований являются почвы, искусственно загрязненные нефтью месторождения «Акшабулак». В контрольном варианте использовали нефтезагрязненную почву (без внесения удобрений). Ферментативную активность почв определяли методами почвенной энзимологии [3]. Содержание нефти в почве определяли гравиметрическим методом [4].
Результаты исследования и их обсуждение
До внесения органоминеральных удобрений содержание нефти в почве на экспериментальном участке составляло 5 и 7 %. На экспериментальные участки были внесены органические удобрения (птичий помет и навоз) и минеральные удобрения (нитроаммофоска и аммиачная селитра). В течение трех месяцев наблюдали за содержанием нефти в почве экспериментального участка (табл. 1).
Таблица 1
Содержание нефти в почве экспериментального участка
|
Варианты опыта |
Содержание нефти, г/кг |
Деструкция нефти, % |
|
1 месяц |
||
|
Контроль (загрязненная почва Н-5 %) |
49,0 |
3,3 |
|
Загр. почва (Н-5 %) + ОМУ |
46,3 |
12,3 |
|
Контроль (загрязненная почва Н-7 %) |
68,7 |
4,3 |
|
Загр. почва (Н-7 %) + ОМУ |
66,7 |
11,0 |
|
2 месяц |
||
|
Контроль (загр. почва Н-5 %) |
48,3 |
5,7 |
|
Загр. почва (Н-5 %) + ОМУ |
42,0 |
26,7 |
|
Контроль (загрязненная почва Н-7 %) |
68,3 |
5,7 |
|
Загр. почва (Н-7 %) + ОМУ |
64,0 |
20,0 |
|
3 месяц |
||
|
Контроль (загрязненная почва Н-5 %) |
47,7 |
7,7 |
|
Загр. почва (Н-5 %) + ОМУ |
39,0 |
36,7 |
|
Контроль (загрязненная почва Н-7 %) |
68,0 |
6,7 |
|
Загр. почва (Н-7 %) + ОМУ |
63,3 |
22,3 |
Анализ содержания нефти в почве экспериментального участка через 1 месяц показал, что в контрольных вариантах (Н-5 %, Н-7 %) содержание нефти снизилось на 3,3 и 4,3 %. В опытном варианте, со степенью нефтезагрязнения почвы 7 % деструкция нефти составила11,0 %, а в варианте с 5 % нефтезагрязнением – 12,3 %.
Анализ содержания нефти в почве экспериментального участка через 2 месяца показал, что в контрольных вариантах нефтезагрязненных почв (Н-5 %, Н-7 %) содержание нефти снизилось на 5,7 %. В варианте с внесением ОМУ (Н-7 %) деструкция нефти через 2 месяца составила 20,0 %. Наибольший процент деструкции нефти в почве наблюдался в варианте (Н-5 % + ОМУ) – 26,7 %.
Анализ содержания нефти в почве через 3 месяца показал, что в контрольном варианте (Н-7 %) содержание нефти снизилось на 6,7 %, а в контрольном варианте (Н-5 %) – на 7,7 %.
Внесение органоминеральных удобрений способствовало усилению процесса деструкции нефти в почве. Так, содержание нефти в почве с 7 % нефтезагрязнением снизилось на 22,3 %, а в почве с 5 % нефти – на 36,7 %. Также были определены содержание тяжелых металлов (Pb, Zn, Cd) в почве полевого эксперимента вначале и по истечении 4 месяцев после внесения органоминеральных удобрений (табл. 2).
Таблица 2
Численность основных групп почвенных микроорганизмов экспериментального участка до внесения органоминеральных удобрений
|
Варианты опыта |
Численность микроорганизмов, КОЕ/г почвы |
||||
|
ОМЧ |
Спорообразующие бактерии |
Мицелиальные грибы |
Актиномицеты |
УОМ |
|
|
Нефтезагрязненная почва - 5 % |
4,3 ± 2,4∙104 |
2,3 ± 1,7∙103 |
1,0 ± 1,1∙104 |
4,0 ± 2,3∙104 |
5,3 ± 2,6∙104 |
|
Нефтезагрязненная почва - 7 % |
6,3 ± 2,9∙104 |
3,6 ± 2,2∙103 |
2,0 ± 1,6∙104 |
4,3 ± 2,4∙104 |
9,0 ± 3,4∙104 |
Во всех вариантах опыта численность основных групп почвенных микроорганизмов до внесения органоминеральных удобрений составляла порядка 104 КОЕ/г, за исключением спорообразующих бактерий, которых было на порядок меньше.
Проведен микробиологический анализ через 3 месяца после внесения ОМУ (табл. 3).
Таблица 3
Численность основных групп почвенных микроорганизмов экспериментального участка
|
Вар. опыта |
Численность микроорганизмов, КОЕ/г почвы |
|||||
|
ОМЧ |
Спорообраз. бактерии |
Мицелиальные грибы |
Актиномицеты |
Олиготрофные микроорганизмы |
УОМ |
|
|
1 месяц |
||||||
|
Конт. загр. почва (Н-5 %) |
9,6 ± 3,5∙104 |
1,1 ± 0,3∙104 |
3,6 ± 2,2∙104 |
3,3 ± 2,1∙104 |
1,4 ± 0,4∙105 |
9,6 ± 3,5∙104 |
|
Загр. почва (Н-5 %) + ОМУ |
3,4 ± 0,6∙105 |
2,0 ± 0,5∙104 |
4,6 ± 2,4∙104 |
2,4 ± 0,5∙105 |
0,8 ± 1,0∙105 |
2,0 ± 0,5∙105 |
|
Конт. загр. почва (Н-7 %) |
8,6 ± 3,3∙104 |
9,0 ± 3,4∙103 |
не выявлены |
3,3 ± 2,1∙104 |
6,6 ± 2,9∙104 |
9,0 ± 3,4∙104 |
|
Загр. почва (Н-7 %) + ОМУ |
8,7 ± 1,1∙105 |
2,8 ± 0,6∙104 |
4,3 ± 2,4∙104 |
4,8 ± 0,8∙105 |
6,0 ± 0,8∙105 |
1,5 ± 0,4∙105 |
|
2 месяц |
||||||
|
Конт. загр. почва (Н-5 %) |
5,6 ± 2,7∙104 |
1,1 ± 0,3∙104 |
не выявлены |
2,0 ± 1,6∙104 |
2,6 ± 1,8∙105 |
4,6 ± 2,4∙104 |
|
Загр. почва (Н-5 %) + ОМУ |
3,1 ± 0,6∙105 |
8,9 ± 1,1∙104 |
1,0 ± 1,1∙104 |
4,1 ± 0,7∙105 |
2,5 ± 0,5∙105 |
4,0 ± 0,7∙105 |
|
Конт. загр. почва (Н-7 %) + ОМУ |
2,0 ± 1,6∙104 |
2,5 ± 0,5∙104 |
0,6 ± 0,9∙104 |
2,3 ± 1,7∙104 |
1,0 ± 1,1∙104 |
7,3 ± 3,1∙104 |
|
Загр. почва (Н + 7 %) + ОМУ |
2,3 ± 1,7∙105 |
7,8 ± 1,0∙104 |
1,3 ± 1,3∙104 |
3,6 ± 2,2∙105 |
5,3 ± 2,6∙105 |
1,6 ± 2,9∙105 |
|
3 месяц |
||||||
|
Конт. загр. почва (Н-5 %) |
9,6 ± 3,5∙104 |
1,8 ± 0,5∙104 |
3,3 ± 2,1∙104 |
6,6 ± 2,9∙104 |
2,2 ± 0,5∙105 |
9,6 ± 3,5∙104 |
|
Загр. почва (Н-5 %) + ОМУ |
6,1 ± 0,9∙106 |
2,5 ± 0,6∙104 |
1,3 ± 1,3∙104 |
2,3 ± 0,5∙105 |
5,9 ± 0,9∙105 |
1,2 ± 0,1∙106 |
|
Конт. (загр. почва (Н-7 %) |
7,0 ± 3,0∙104 |
4,0 ± 0,7∙104 |
1,3 ± 1,3∙104 |
3,3 ± 2,1∙104 |
1,0 ± 3,6∙104 |
8,6 ± 3,3∙104 |
|
Загр. почва (Н-7 %) + ОМУ |
8,9 ± 1,1∙105 |
1,7 ± 0,5∙104 |
1,6 ± 1,4∙104 |
1,0 ± 0,4∙105 |
4,0 ± 0,7∙105 |
4,7 ± 0,8∙105 |
Микробиологический анализ нефтезагрязненной почвы экспериментального участка показал, что произошло увеличение количества основных почвенных микроорганизмов.
Общая микробная численность в почве экспериментального участка через 1 месяц в контрольных вариантах составила 9,6 ± 3,5∙104 и 8,6 ± 3,3∙104 КОЕ/г, тогда как в опытных ‒ 3,4 ± 0,6∙105 и 8,7 ± 1,1∙105 КОЕ/г, что на порядок больше.
Численность спорообразующих бактерий возросла на порядок по сравнению с исходными данными во всех вариантах с 5 % нефтезагрязнением и в опытном варианте с 7 % загрязнением.
Количество олиготрофных микроорганизмов в контрольном и опытном варианте с 5 % загрязнением было примерно на одном уровне, тогда как в почве с 7 % нефти в опытном варианте их содержание было на порядок выше, чем в контроле.
Численность мицелиальных грибов изменилась незначительно.
Внесение ОМУ способствовало увеличению количества УОМ. В почве с 5 % нефти оно возросло на порядок.
Результаты исследования показали, что через 2 месяца значительных изменений в численности микроорганизмов не произошло. В опытных вариантах с ОМУ количество актиномицетов и УОМ было на порядок выше, чем в контроле. Общая микробная численность в почве экспериментального участка через 3 месяца в контрольных вариантах составила 9,6 ± 3,5∙104 и 7,0 ± 3,0∙104 КОЕ/г, тогда как в вариантах с внесением ОМУ – 105 и 106 КОЕ/г, что на 1–2 порядка больше.
Численность спорообразующих бактерий и мицелиальных грибов во всех вариантах составила 104 КОЕ/г.
Через 3 месяца в контрольных вариантах (Н-5 %, Н-7 %) численность актиномицетов и УОМ составляла 104 КОЕ/г, тогда как в опытных вариантах она была выше на порядок.
Численность олиготрофных бактерий в контрольном варианте со степенью нефтезагрязнения (Н-7 %) была на порядок меньше по сравнению с другими вариантами.
Почвенно-энзиматические методы позволяют определять не количественное содержание ферментов в почве, а активность ферментов, находящихся преимущественно в иммобилизованном состоянии на поверхности почвенных коллоидов и частично в почвенном растворе. На основе изучения активности комплекса почвенных ферментов делаются выводы о ферментативной активности почв как одного из показателей биологической активности и, в целом, состояния почв, лежащего в основе ранней диагностики в системе почвенного мониторинга [5].
В табл. 4 представлены результаты определения ферментативной активности почв через 3 месяца после постановки эксперимента.
Таблица 4
Ферментативная активность почв
|
Варианты опыта |
Дегидрогеназа, (мг ТФФ/10 г/24 ч) |
Уреаза, СО2 в мл |
|
Контроль 5 % |
1,576 |
0,35 |
|
Нефтезагрязненная почва – 5 % |
2,077 |
1,75 |
|
Контроль 7 % |
0,893 |
0,25 |
|
Нефтезагрязненная почва – 7 % |
1,891 |
0,5 |
Результаты исследования показали, что через 3 месяца после закладки эксперимента наблюдалось увеличение дегидрогеназной активности в 2 раза в почве с 5 % нефтезагрязнением. В контрольном варианте с 7 % нефти она изменилась незначительно. При внесении ОМУ активность дегидрогеназы повысилась в 2,7 раза в варианте (Н-5 %) и в 2,2 раза в варианте (Н-7 %).
Наблюдалось снижение уреазной активности в почве с 5 % нефтезагрязнением, тогда как в почве с 7 % загрязнением она не изменилась. Внесение ОМУ способствовало увеличению активности уреазы.
Выводы
Таким образом, проведенные исследования показали, что внесение органоминеральных удобрений способствует повышению темпов очищения почвы с разной степенью нефтезагрязнения, наибольший результат отмечен в варианте с 5 % нефтезагрязнением, при этом активизируется почвенная микрофлора и увеличивается ферментативная активность.
Также нужно отметить, что нефтезагрязнение до 5 %, поддается очистки, с помощью агромелиоративных и агротехнических мероприятий.
Рецензенты:
Ибадуллаева С.Ж., д.б.н., профессор кафедры «Биология и география», Кызылординский государственный университет им. Коркыт Ата, г. Кызылорда;
Тохетова Л.А., д.с.-х.н., заместитель директора, ТОО «Казахский научно-исследовательский институт рисоводства им. И. Жахаева», г. Кызылорда.
Работа поступила в редакцию 27.12.2014.