CC BY
32
УДК 502.3:577:663
ОЦЕНКА ВЛИЯНИЯ ОТХОДОВ ПИВОВАРЕНИЯ НА ФИТОТОКСИЧНОСТЬ НЕФТЕЗАГРЯЗНЕННОЙ ЧЕРНОЗЕМНОЙ ПОЧВЫ
© 2012 г Е.Ю. Руденко
Самарский государственный технический университет, Samara State Technical University,
ул. Молодогвардейская, 244, г. Самара, 443100, Molodogvardejsky St., 244, Samara, 443100,
postman @samgtu. ru postman@samgtu. ru
Изучено влияние пивной дробины и отработанного кизельгура, образующихся при производстве пива, на фитотоксичность черноземной почвы в полевых условиях. Добавление пивной дробины сначала не изменяет, а затем увеличивает фитотоксичность нефтезагрязнен-ной черноземной почвы. Внесение в черноземную почву, загрязненную сырой нефтью, отработанного кизельгура снижает фитотоксичность поверхностного слоя почвы. Отработанный кизельгур может использоваться в качестве добавки, снижающей фитотоксичность нефтезагрязненной почвы.
Ключевые слова: отходы пивоварения, пивная дробина, кизельгур, фитотоксичность, черноземная почва.
Influence of the spent grains and the fulfilled diatomite on phytotoxicity of a chernozem soil in field conditions is studied. Spent grains addition at first does not variate, and then increases phytotoxicity of the petropolluted chernozem soil. Entering into a chernozem soil polluted by crude oil, the fulfilled diatomite reduces phytotoxicity of a surface layer of soil. The fulfilled diatomite can be used as the additive reducing phytotoxicity of petropolluted soil.
Keywords: brewing waste, spent grains, diatomite, phytotoxicity, chernozem soil.
Сырая нефть и продукты ее переработки - самые распространенные загрязнители окружающей среды. Нефть оказывает сильное влияние на рост растений и состояние фитоценоза в целом. Причиной гибели и снижения продуктивности сельскохозяйственных культур на загрязненных нефтью почвах являются ухудшение физико-химических свойств почвы и непосредственно токсическое действие поллютантов на растения, что часто обусловлено развитием в загрязненной почве микроскопических грибов, образующих токсины [1].
Пивная дробина и отработанный кизельгур - основные отходы пивоваренной промышленности. Пивная дробина представляет собой гущу светло-коричневого цвета со специфическим запахом и вкусом ячменного сухого солода. В ней содержатся оболочки зерна, частицы ядер зерна, безазотистые экстрактивные вещества, жир и белок, входящие в состав ячменя [2]. Отработанный кизельгур состоит из кизельгура (раковин морских диатомовых водорослей) и частиц, осевших на нем в процессе фильтрации пива (клеток пивных дрожжей, белков и других органических веществ). Его применяют в основном для производства строительных материалов, а также в качестве удобрения и мелиоранта почв [3].
Цель исследования - изучение влияния отходов пивоваренной промышленности на фитотоксичность нефтезагрязненной черноземной почвы.
Материалы и методы исследований
В работе использовали чернозем оподзоленный среднесуглинистый, который загрязняли нефтью в массовом соотношении 10 л/м2 путем внесения на поверхность. К нефтезагрязненной почве в одной серии эксперимента добавляли пивную дробину с влажностью 70±2 %, полученную при варке пива «Класси-
ческое» в лаборатории бродильных процессов факультета пищевых производств Самарского государственного технического университета; во второй серии - в почву вносили отработанный кизельгур с влажностью 80±2 %, полученный на одном из пивоваренных заводов Самарской области. Эти отходы добавляли к почве (10 кг/м2 в пересчете на сухие дробину и кизельгур) и перекапывали. Эксперимент проводили в полевых условиях в Кинельском районе Самарской области в течение мая -г сентября 2010 г. Отбор проб из слоев почвы 0-5 и 5-20 см осуществляли через 15 сут, 1, 2, 3, 4 и 5 мес. Контролем служила нефтезагрязненная перекопанная почва без добавления дробины и кизельгура. Отобранные пробы биотестировали с использованием проростков кресс-салата (Lepidium sativum L.). Для этого в чашки Петри вносили по 20 г почвы. Покрывали ее фильтровальной бумагой. Увлажняли до образования водного зеркала на поверхности и выкладывали на фильтр по 20 суточных проростков кресс-салата (экспозиция семян на влажной подложке до эксперимента составляла 24 ч). Проращивали в термостате при температуре +25 °С в течение 24 ч. Затем измеряли длину корней (l) проростков.
Результаты исследований и их обсуждение
Добавление к чернозему оподзоленному среднесуг-линистому отходов пивоваренной промышленности изменяет фитотоксичность почвы. Динамика изменения фитотоксичности контрольного образца нефтезаг-рязненной почвы и почвы с добавлением пивной дробины представлена на рис. 1. Фитотоксичность нефте-загрязненного чернозема оподзоленного среднесугли-нистого постепенно возрастает в течение первых 2 мес. эксперимента. С 15-х сут до конца 1-го мес. эксперимента в слое 0-5 см она увеличивается на 18,90, в слое 5-20 см - на 20,93 % и составляет 54,61 и 55,98 %. В
течение 2-го мес. наблюдений фитотоксичность в слое 0-5 см возрастает на 19,23, в слое 5^20 см - на 18,10 % и составляет 63,19 и 65,19 %. В последующие месяцы наблюдений она уменьшается. В течение 3-го мес. эксперимента в слое 0-5 см - на 21,58, в слое 5^20 см - на 21,10 % и составляет 62,09 и 63,87 %. К концу 4-го мес. наблюдений фитотоксичность в слое 0^5 см снижается на 19,52, в слое 5^20 см - на 17,12 % и составляет 52,9 и 56,41 %. На протяжении 5-го мес. эксперимента в слое 0-5 см она уменьшается на 19,25, в слое 5^20 см -на 18,86 % и составляет 41,67 и 46,28 %.
Фитотоксичность с добавлением пивной дробины постепенно возрастает в течение первых 2 мес. эксперимента. В последующие месяцы наблюдений она уменьшается. При добавлении пивной дробины в течение первых 15 сут эксперимента наблюдается тенденция к ее увеличению по сравнению с контролем как в слое 0-5 см, так и 5-20 см. На 15-е сут эксперимента фитотоксичность в слое 0-5 см составляет 56,02 %, в слое 5-20 см - 59,34 %. В течение 2-го мес. эксперимента в слое 0-5 см она увеличивается на 8,55 %, в слое 5-20 см - на 12,58 %. В конце 1-го мес. исследований в слое 0-5 см составляет 59,78 %, что меньше контрольного показателя на 8,47, в слое 5-20 см - 64,46 %, что сопоставимо с показателем контрольной загрязненной нефтью почвы. На протяжении 2-го мес. в слое 0-5 см она увеличивается на 18,10 %, в слое 5-20 см -на 16,95 и в конце 2-го мес. составляет 67,06 %, что меньше контрольного показателя на 9,74 и 70,48 %, что сопоставимо с контролем. В течение 3-го мес. эксперимента фитотоксичность в слое 0-5 см уменьшается на 9,15 %, в слое 5-20 см - на 14,17 и в конце 3-го мес. наблюдений составляет 63,74 и 65,61 %, что сопоставимо с показателями контрольной загрязненной нефтью почвы. На протяжении 4-го мес. в слое 0-5 см она уменьшается на 9,82, в слое 5-20 см - на 9,24 %. В конце 4-го мес. исследований она составляет 59,79 % и 62,11, что больше контрольного показателя на 14,63 и 13,08 %. В течение 5-го мес. фитотоксичность в слое 05 см уменьшается на 11,95 %, в слое 5-20 см - на 13,53. В конце 5-го мес. в слое 0-5 см составляет 54,33 %, что больше контрольного показателя на 21,71 %; в слое 520 см - 56,18 %, что больше контрольного значения на 18,42 %.
Динамика изменения фитотоксичности контрольного образца нефтезагрязненной почвы и почвы с до-
бавлением отработанного кизельгура представлена на рис. 2. Фитотоксичность постепенно возрастает в течение первых 2 мес. эксперимента, в последующие месяцы - уменьшается. При добавлении к чернозему ила кизельгура его фитотоксичность в течение первых 15 сут в слое 0-5 см уменьшается на 18,36 %, в слое 5-20 см - на 21,89 % по сравнению с контролем. На 15-е сут фитотоксичность в слое 0-5 см составляет 45,75 %, в слое 5-20 см - 51,85. В течение 1-го мес. фитотоксичность в слое 0-5 см увеличивается на 18,36 %, в слое 5-20 см - на 21,89. В конце 1-го мес. в слое 0-5 см она составляет 55,71 %, что меньше контрольного показателя на 16,88 %; в слое 5-20 см -62,39 %, что сопоставимо с контролем. На протяжении 2-го мес. эксперимента в слое 0-5 см увеличивается на 17,35 %, в слое 5-20 см - на 17,92. В конце 2-го мес. фитотоксичность в слое 0-5 см составляет 63,39 %, что меньше контрольного показателя на 18,79; в слое 5-20 см - 69,13 %, что сопоставимо с контролем. В течение 3 -го мес. она в слое 0-5 см уменьшается на 15,80 %, в слое 5-20 см - на 19,34.
В конце 3 -го мес. фитотоксичность в слое 0-5 см составляет 56,51 %, что меньше контрольного показателя на 12,84 %; в слое 5-20 см - 61,73 %, что сопоставимо с контролем. На протяжении 4-го мес. фито-токсичность в слое 0-5 см уменьшается на 17,37 %, в слое 5-20 см - на 17,73. В конце 4-го мес. фитоток-сичность в слое 0-5 см - 47,36 %, что меньше контрольного показателя на 10,52; в слое 5-20 см - 53,48 %, что сопоставимо с контролем. В течение 5-го мес. фитотоксичность в слое 0-5 см уменьшается на 15,93 %, в слое 5-20 см - на 20,75. В конце 5-го мес. она в слое 0-5 см составляет 37,38 %, в слое 5-20 см - 41,3, что сопоставимо с показателями контрольной почвы.
0 -I-1-1-I-1-1-,
0.5 1 2 3 4 5
нефтезагрязненная почва (слой 0-5 см). 1 мес.
—■— нефтезагрязненная почва (спой 5-20 см): —*— нефтезагрязненная почва с кизельгуром (слой 0-5 см). —■— нефтезагрязненная почва с кизельгуром (слон 5-20 см)
Рис. 2. Изменение фитотоксичности нефтезагрязненной черноземной почвы с добавлением отработанного кизельгура
Влияние углеводородов нефти на биологическую активность в значительной степени зависит от свойств почвы: суммарного содержания органического углерода и уровня рН. Низкие значения рН замедляют развитие бактерий и стимулируют развитие грибов и актиномицетов [1, 4 - 6], которые могут вырабатывать токсичные промежуточные интермедиаты [7], повышающие фитотоксичность. Этим можно объяснить повышение фитотоксичности черноземной почвы при загрязнении нефтью, наблюдающееся в наших исследованиях. Доля сапротрофных немикори-зообразующих микроскопических грибков в общей численности прикорневых микроорганизмов у растений, произрастающих на незагрязненной почве,
1
3
- нефтезагрязненная почва [слой 0-5 см);
- нефтезагрязненная почва (слой 5-20 см):
- нефтезагрязненная почва с дробиной (слой 0-5 см);
- нефтезагрязненная почва с дробиной (слой 5-20 см)
5
t, мес.
Рис. 1. Изменение фитотоксичности нефтезагрязненной черноземной почвы с добавлением пивной дробины
обычно невелика [5, 8], их численность резко увеличивается лишь при отмирании растений [8, 9]. При загрязнении почвы нефтью численность прикорневых сапротрофных микроскопических грибков резко возрастает, при этом повышается фитотоксичность почвы [1]. В некоторых случаях (например, при внесении органических веществ) в почве без нефти также отмечается стимулирование сапротрофных микроскопических грибков в прикорневой зоне, приводящее к угнетению растений, снижению их биомассы и урожайности [5]. Этим можно объяснить зафиксированное в наших исследованиях незначительное изменение фи-тотоксичности нефтезагрязненной почвы при внесении отходов пивоваренной промышленности.
Результаты проведенного эксперимента позволяют сделать следующие выводы:
1. Загрязнение сырой нефтью повышает фитоток-сичность черноземной почвы.
2. Добавление пивной дробины на протяжении первых 3 месяцев эксперимента практически не изменяет, в последующие месяцы увеличивает фитотоксичность.
3. Внесение в черноземную почву, загрязненную сырой нефтью, отработанного кизельгура снижает фитотоксичность поверхностного слоя почвы.
4. Отработанный кизельгур может использоваться в качестве добавки, снижающей фитотоксичность нефтезагрязненной почвы.
Поступила в редакцию_
Литература
1. Назаров А.В., Иларионов С.А. Изучение причин фи-тотоксичности нефтезагрязненных почв // Письма в международный научный журнал «Альтернативная энергетика и экология». 2005. № 1. С. 60.
2. Колпакчи А.П., Голикова Н.В., Андреева О.П. Вторичные материальные ресурсы пивоварения. М., 1986. 160 с.
3. Руденко Е.Ю. Современные тенденции переработки основных побочных продуктов пивоварения // Пиво и напитки. 2007. № 2. С. 66.
4. Maliszewska-Kordybach B., Smreczak B., Martyniuk S. The effect of polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) on microbial properties of soils of different acidity and organic matter content // Rocznic. Gleboznawcze. 2000. № 3/4. P. 5.
5. Мирчинк Т.Г. Почвенная микология. М., 1988. 220 с.
6. Киреева Н.А., Галимзянова АМ., Мифтахова АМ. Микромицеты почв, загрязненных нефтью, и их фитотоксич-ность // Микология и фитопатология. 2000. Т. 34. вып.1. С. 36.
7. Kanaly R.A., Harayama S. Biodegradation of high-molecular weight polycyclic aromatic hydrocarbons by bacteria // J. Bacteriol. 2000. Vol. 182. P. 2059.
8. Звягинцев Д.Г., Добровольская Т.Г., Лысак Л.В. Растения как центры формирования бактериальных сообществ // Журн. общей биологии. 1993. Т. 54, № 2. С. 183.
9. Калакуцкий Л.В., Шарая Л.С. Актиномицеты и высшие растения // Успехи микробиологии. 1990. Т. 24. С. 26.
12 апреля 2011 г
