Научный журнал

Фундаментальные исследования

ISSN 1812-7339

"Перечень" ВАК

ИФ РИНЦ = 1,674

• Авторы
• Резюме
• Файлы
• Ключевые слова
• Литература

Баландина А.В. 2 Одегова Т.Ф. 2 Казаков А.В. 1 Кузнецов Д.Б. 2

---

1 Институт биохимии и физиологии микроорганизмов им. Г.К. Скрябина РАН

2 ГБОУ ВПО «Пермская государственная фармацевтическая академия»

В настоящее время актуальность рекультивации почв, загрязненных нефтью, растет все больше. В некоторых нефтедобывающих регионах Российской Федерации ситуация доходит до экологического бедствия. Сейчас возрос интерес к экологически чистым и безопасным способам ликвидации нефтяных загрязнений окружающей среды, в основе которых лежит внесение культур микроорганизмов в почву. В статье представлены результаты исследования штаммовых культур грибов-сапрофитов и сельскохозяйственных препаратов в рекультивации нефтезагрязненных почв. Определено влияние различных комбинаций штаммовых культур и сельскохозяйственных препаратов, внесенных в почву, на ее кислотность, содержание углерода, углеводородов, калия, фосфора и азота, а также на изменения биоценоза в целом. Подобраны оптимальные комбинации для практического использования в рекультивации почв, загрязненных нефтью.

Статья в формате PDF

298 KB

рекультивация

биоремедиация

интенсификаторы

нефтезагрязнение

углеводороды

1. Злотников А.К. Биопрепарат Альбит для повышения урожая и защиты сельскохозяйственных культур. – Подольск: ПФОП, 2006.

2. Биоремедиация черноземной почвы, загрязненной нефтью / Э.В. Карасева, И.Е. Гирич, А.А. Худокормов, Н.Ю. Алешина, С.Г. Карасев // Биотехнология. – 2005. – № 2.

3. Красавин А.П. Способ биологической ремедиации нефтеразличных поч / А.П. Красавин, И.В. Катаева, Г.А. Оборин. – 2006. Россия № 2290270 – С. 108.

4. Назаров А.В., Иларионов С.А. Потенциал использования микробно-растительного взаимодействия для биоремедиации // Биотехнология. – 2005. – № 5.

5. Рахимова Э.Р., Осипова А.Л., Зарипова С.К. Очистка почвы от нефтяного загрязнения с использованием денитрифицирующих углеводородокисляющ их микроорганизмов // Прикладная биохимия и микробиология. – 2004. – Т. 40. – № 6.

6. Саттон Д., Фотергилл А., Ринальди М. Определитель патогенных и условно патогенных грибов. – М., 2001. – 468 с.

7. Агрохимия / Б.А. Ягодин, П.М. Смирнов, А.В. Петербургский и др.; под ред. Б.А. Ягодина. – 2-е изд.перераб. и доп. – М.: Агропромиздат, 1989. – 639 с. – (Учебник и учеб. пособие для студентов высш. учеб. заведений).

Естественное самоочищение почв от загрязнения нефтью и нефтепродуктами может длиться десятилетиями. В настоящее время большинство традиционных способов восстановления почв, загрязненных нефтью (сжигание, закапывание и т.п.), являются не только не эффективными, но и вредными, так как, например, при сжигании в результате пиролиза нефти и ее компонентов образуются канцерогенные полициклические ароматические углеводороды. Поэтому особую актуальность приобретает поиск безопасных для окружающей среды и человека средств и методов рекультивации нефтезагрязненных почв.

Альтернативой традиционных способов очистки земель, загрязненных нефтью, является метод биоремедиации с помощью биологически активных препаратов, в состав которых входят штаммы микроорганизмов – деструкторов нефтяных углеводородов, а также интенсификаторы местной почвенной микрофлоры [5].

В задачи работы входила оценка химического состояния почв площадок, подвергнутых рекультивации, и изучение эффекта воздействия препаратов и штаммов Phoma eupyrena и Cephaliophora tropica. Указанные препараты применялись на втором этапе рекультивации [7].

Результаты исследования смешанных образцов с площадок, подвергнутых рекультивации, показали, что проведенные мероприятия не оказывают существенного влияния на изменение актуальной кислотности. Значение последней в фоновых образцах дерново-подзолистой глинистой почвы, загрязненных нефтью, находилось на уровне нейтральной или слабощелочной, а разница между фоновым и образцами, загрязненными нефтью, не превышала 0,5 единицы рН.

Содержание углерода непосредственно связано с количеством внесенной нефти. Исходное содержание общего углерода составило 1,6 %. На площадках с применением диаммонийфосфата содержание углерода составило 9,3 % при нагрузке нефти 100 мг/кг, что свидетельствует о низкой эффективности препарата.

Наиболее эффективно снижает содержание углерода внесение штаммов Phoma eupyrena + «Альбит» и Cephaliophora tropica + «Альбит» на нагрузках нефти 10 и 5 л/м2 – до 4,2 % и 8,8 % соответственно, а также при обработке почвы «Альбитом» на нагрузке 10 л/м2 углерод составил 9,2 %.

Применение гриба-сапрофита Phoma eupyrena + «Альбит» на нагрузке 100 мг/кг содержание углерода составило 10,09 %, при нагрузках 100 мг/кг – 9,04 %, при нагрузках 50 мг/кг – 3,02 % соответственно.

Применение штамма Phoma eupy­re­na + «Альбит» на почве, загрязненной нефтью, привело к снижению содержания углеводородов нефти в почве на 3–4 % по сравнению с контрольным опытом (5–10 %). Использование штамма Phoma eupyrena + Альбит привело к снижению содержания углеводородов нефти на 10,22 %. Наименьшее положительное влияние на разложение углеводородов в почве оказало действие диаммонийфосфата и препарата «Идеал» (1 %).

Таким образом, наибольшую эффективность в механизме разложении нефти продемонстрировало использование двух указанных штаммов в смеси с «Альбитом». Наименее эффективным оказалось использование диаммонийфосфата и «Идеала» (табл. 1) [6].

Таблица 1

Значение актуальной кислотности, содержания углерода и углеводорода в нефтезагрязненных и фоновых образцах почвы

На основании полученных результатов по исследованию содержания нитратного азота в почве экспериментальных площадок можно предположить, что при загрязнении вместе с углеводородами нефти в почву дополнительно поступают нитрат-ионы в виде солей, которые переходят в водную вытяжку при определении. Так, в контрольном загрязненном нефтью и необработанном препаратом образце с нагрузкой 200 мг/кг содержание нитрат-ионов выше в 2,3 раза, чем в соответствующем контрольным образце (без нефти). Применение штамма Phoma eupyrena + «Альбит» при нагрузке 200 и 100 мг/кг снижает нитратный азот в 3,3 раза, а при нагрузке 50 мг/кг – в 2,1 раза. Максимальное содержание нитратного азота было получено при применении препарата «Идеал» при нагрузке 100 мг/кг (11,20 мг/кг) и при нагрузке 50 мг/кг (24,56 мг/кг). Существенное снижение нитратного азота по сравнению с контрольным образцом, загрязненным нефтью, было получено при использовании штаммов Phoma eupyrena и Cephaliophora tropica + «Альбит» при нагрузке 100 и 50 мг/кг: в 4,5 и 4,1 раза соответственно.

Исходя из полученных данных, можно сделать вывод о том, что препарат «Идеал» эффективно иммобилизует нитратный азот из почвы, но при этом подавляются процессы биологической денитрификации, в результате чего азот накапливается в почве в больших количествах. Штаммы, применяемые на нагрузках, наоборот, стимулируют рост микрофлоры, участвующей в процессе денитрификации, вызывая резкое падение содержания нитратного азота в почве.

Следует также отметить, что загрязнение нефтью не повлияло на содержание подвижных соединений фосфора. В образцах, загрязненных нефтью, содержание легкорастворимых фосфатов практически не отличалось от содержания в контрольном образце без нефти: 6,52 мг/100 г и при нагрузках нефти от 50 до 200 мг/кг: 6,68 мг/100 г; 6,35 мг/100 г; 6,41 мг/100 г.

Применение различных препаратов на загрязненных нефтью площадках повысило содержание фосфатов в почве в несколько раз по сравнению с контрольными опытами. Причем наибольший эффект для фосфатов наблюдался при внесении штаммов увеличение в 2,5 раза, а также применение «Альбита». Менее эффективным оказался препарат «Идеал» [4].

Отметим, что нефтяное загрязнение незначительно влияет на содержание в почве подвижных соединений калия.

Влияние ряда препаратов на содержание подвижного калия отражает те же тенденции, как и в случае подвижного фосфора. В образцах, на которых применялись штаммы, содержание подвижного калия увеличилось в 4–5 раз по сравнению с контрольным и загрязненным нефтью образцом. При применении препарата «Альбит» содержание калия увеличилось в 3,7 раза. (табл. 2).

Таблица 2

Содержание агрохимических показателей в нефтезагрязненных и фоновых образцах дерново-подзолистой глинистой почвы

Характеристика биоценоза почв экспериментальных площадок

Биоценоз незагрязненной почвы типичен для подзолистых почв и представлен следующими группами бактерий: Pseudomonas (106 КОЕ/мл), Rhodococcus (108 КОЕ/мл), Bacillus (107 КОЕ/мл), а также мицеальные микромицеты родов Fusarium (106 КОЕ/мл), Penicillium (108 КОЕ/мл). Присутствуют патогенные бактерии и грибы следующих групп Xanthomonas 105 КОЕ/мл Clavibacter 106 (КОЕ/мл), Agrobactrium (108 КОЕ/мл), Rhizoctonia (106 КОЕ/мл), Phytoptora (108 КОЕ/мл) [2, 3].

После разлива нефти через неделю была проведена оценка биоценоза почвы и в результате получены следующие данные: у групп Pseudomonas, Rhodococcus и Bacillus снизился титр в 2–2,5 раза. Отсутствовали грибы родов Penicillium, Fusarium. Патогенные микроорганизмы Xanthomonas, Rhizoctonia также снизили свой титр, а патогены Clavibacter, Agrobactrium, Phytoptora полностью отсутствовали.

Через 2 недели биоценоз почв существенно не изменился. После внесения штамма Phoma eupyrena + «Альбит», индивидуального «Альбита», диаммонийфосфата через 35 дней обнаружены микробиологические группы Pseudomonas, Rhodococcus, Bacillus, Xanthomonas на начальной стадии восстановления. Выяснено, что концентрация патогенных микроорганизмов нарастает быстрее, чем концентрация полезной микрофлоры (~в 2 раза). Наиболее эффективный рост микрофлоры наблюдался после обработок штаммами Phoma eupyrena + «Альбит», Cephaliophora tropica + «Альбит» и «Альбит». Концентрация штамма Phoma eupyrena на нагрузке нефти 50 мг/кг составили 108 КОЕ/мл [1].

Групповой анализ через 70 дней (табл. 3) после внесения всех составов на нефтезагрязненные площадки показал существенное изменении микробиологических групп Pseudomonas, Rhodococcus, Bacillus. Их содержание приблизилось к фоному образцу при нагрузке 50 мг/кг (105, 107, 106 КОЕ/мл) соответственно. Группа Xanthomonas достигла фоновой концентрации 105 КОЕ/мл при нагрузку 50 мг/кг. Патогенные микроорганизмы Clavibacter, Rhizoctonia, Phytoptora отсутствовали на площадках с нагрузкой нефти 50 мг/кг, обработанных смесями Phoma eupyrena + «Альбит»; Phoma eupyrena + Cephaliophora tropica + «Альбит» или индивидуальным препаратом «Альбит». Данные препараты оказывали губительное действие на патогенный состав почвы, загрязненной нефтью. Нарастание штамма Phoma eupyrena и Cephaliophora tropica достигло 108 и 1010 КОЕ/мл при нагрузке нефти 50 мг/кг.

Таблица 3

Биоценоз после разлива через 70 дней на экспериментальных площадках Ильинского района (2007 г.)

Заключение

Проведенные исследования показывают перспективность использования штаммовых культур грибов-сапрофитов совместно с сельскохозяйственными препаратами. По результатам исследования восстановительной способности биологического состояния почвы, загрязненной нефтью, на разложение углеводородов нефти наиболее эффективно влияют штаммы Phoma eupyrena и Cephaliophora tropica на фоне препарата «Альбит».

Рецензенты:

Глушков В.А., д.х.н., доцент, ФГБУН «Институт технической химии УфО РАН», г. Пермь;

Леснов А.Е., д.х.н., профессор кафедры экологии Пермской государственной сельскохозяйственной академии имени академика Д.Н. Прянишникова, г. Пермь.

Работа поступила в редакцию 22.04.2013.

Библиографическая ссылка