Научная статья на тему 'Детоксицирующая способность гуминовых препаратов по отношению к нефтяному загрязнению почв'

Детоксицирующая способность гуминовых препаратов по отношению к нефтяному загрязнению почв Текст научной статьи по специальности «Промышленные биотехнологии»

CC BY
581
80
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
ДЕТОКСИЦИРУЮЩИЙ ЭФФЕКТ / DETOXIFYING EFFECT / ГУМИНОВЫЕ ВЕЩЕСТВА / HUMUS SUBSTANCES / НЕФТЯНЫЕ УГЛЕВОДОРОДЫ / OIL HYDROCARBONS / МЕТОД БИОТЕСТИРОВАНИЯ / METHOD OF BIOTESTING / УРОВЕНЬ ДЕТОКСИКАЦИИ / НЕФТЯНОЕ ЗАГРЯЗНЕНИЕ ПОЧВ / OIL POLLUTION OF SOILS / LEVEL OF DETOXICATION

Аннотация научной статьи по промышленным биотехнологиям, автор научной работы — Блудова Людмила Николаевна

Приведены результаты исследований детоксицирующего эффекта гуминовых веществ по отношению к нефтяным углеводородам с использованием метода биотестирования. Показано, что гуминовые препараты обладают детоксицирующей способностью по отношению к нефтяным углеводородам. При этом уровень детоксикации не превышает 43 ± 7 %. Показано, что в ряду исследованных препаратов: гумат калия из леонардита Pow (Powhumus, Германия), гумат калия коммерческий препарат «Гумат-80» (Иркутск, иркутский гумат ИГ), гиматомелановые кислоты (ГМК), выделенные из ИГ, максимальной детоксицирующей способностью обладают Pow и ГМК.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по промышленным биотехнологиям , автор научной работы — Блудова Людмила Николаевна

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Detoxifying capacity of humus preparations regarding oil pollution of soils

There are given research results of the detoxifying effect of humus substances regarding oil hydrocarbons using a method of biotesting. It is shown that humus preparations have a detoxifying capability regarding oil hydrocarbons. At this the level of detoxifying does not exceed 43 ± 7 %. It is shown that in the series of the examined preparations: potassium humate from leonardite (Powhumus, Germany) (Pow), potassium humate a commercial preparation «Humate-80» (Irkutsk) (IH), humate-melanic acids (HMA) extracted from IH, Pow and HMA have a maximal detoxifying capacity.

Текст научной работы на тему «Детоксицирующая способность гуминовых препаратов по отношению к нефтяному загрязнению почв»

устойчивого функционирования и развития экосистем : материалы Международной научно-практической конференции. - М. : МГУП, 2006. - С. 26-41.

2. Хафизов, А.Р. Обоснование необходимости обустройства водосборов Башкортостана [Текст] / А.Р. Хафизов // При-родообустройство. - 2008. - № 3. - С. 32-34.

3. Производство кормов на пойменных лиманах Башкортостана [Текст] / Х. М. Са-фин [и др.]. - Уфа : БНИИСХ, 2004. - 64 с.

Материал поступил в редакцию 17.04.09. Хафизов Айрат Райсович, кандидат технических наук, доцент, зав. кафедрой «Природообустройство, строительство и гидравлика»

Тел. 8 (3472) 228-08-71, доп. 24-12

E-mail: Chafizov@mail.ru; Chafi20vBGAU@yandex.ru

Кутлияров Дамир Наилевич, старший преподаватель

Тел. 8 (3472) 228-08-71 E-mail: Kutliarov-D@mail.ru

УДК 502/504: 631.42 Л. Н. БЛУДОВА

Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Российский государственный аграрный заочный университет»

ДЕТОКСИЦИРУЮЩАЯ СПОСОБНОСТЬ ГУМИНОВЫХ ПРЕПАРАТОВ ПО ОТНОШЕНИЮ К НЕФТЯНОМУ ЗАГРЯЗНЕНИЮ ПОЧВ

Приведены результаты исследований детоксицирующего эффекта гуминовых веществ по отношению к нефтяным углеводородам с использованием метода биотестирования. Показано, что гуминовые препараты обладают детоксицирующей способностью по отношению к нефтяным углеводородам. При этом уровень детоксикации не превышает 43 ± 7 %. Показано, что в ряду исследованных препаратов: гумат калия из леонардита Pow (Powhumus, Германия), гумат калия - коммерческий препарат «Гумат-80» (Иркутск, иркутский гумат - ИГ), гиматомелановые кислоты (ГМК), выделенные из ИГ, максимальной детоксицирующей способностью обладают Pow и ГМК.

Детоксицирующий эффект, гуминовые вещества, нефтяные углеводороды, метод биотестирования, уровень детоксикации, нефтяное загрязнение почв.

There are given research results of the detoxifying effect of humus substances regarding oil hydrocarbons using a method of biotesting. It is shown that humus preparations have a detoxifying capability regarding oil hydrocarbons. At this the level of detoxifying does not exceed 43 ± 7 %. It is shown that in the series of the examined preparations: potassium humate from leonardite (Powhumus, Germany) (Pow),potassium humate - a commercial preparation «Humate-80» (Irkutsk) (IH), humate-melanic acids (HMA) extracted from IH, Pow and HMA have a maximal detoxifying capacity.

Detoxifying effect, humus substances, oil hydrocarbons, method of biotesting, level of detoxication, oil pollution of soils.

№ 5' 2009

(39|

Нефть и продукты ее переработки принадлежат к наиболее распространенному классу загрязняющих веществ почв. Однако следует подчеркнуть, что загрязнение почв нефтью - совершенно особый вид загрязнения, который приводит к глубокому изменению практически всех основных характеристик почвы, а нередко и к формированию новых свойств, совершенно не характерных для исходной незагрязненной почвы. Этот феномен обусловлен как особенностью химического состава нефти, содержанием в ней некоторых количеств тяжелых металлов, ртути, радиоактивных элементов, так и особенностью поступления нефти в почву -как правило, за счет аварийных разливов, в результате которых в почву единовременно поступает значительное количество нефти [1].

Негативное воздействие нефти и нефтесодержащих продуктов обусловлено как непосредственной деградацией почвенного покрова на участках разлива нефти, так и воздействием ее компонентов на сопредельные среды (растительный покров, поверхностные и грунтовые воды, животный мир), вследствие чего продукты трансформации нефти обнаруживаются в различных объектах биосферы [2].

Токсическое действие нефти проявляется в первую очередь на высших растениях, которые существенно различаются по устойчивости к нефтяному загрязнению. Рядом авторов установлено, что влияние нефти и нефтепродуктов на высшие растения обусловлено непосредственным токсическим действием, нарушением процесса поступления питательных веществ в почву, изменением водного режима, кислородным голоданием [3]. В работе [4] показано, что относительно слабое загрязнение почвы нефтью (до 8 л/м2) спустя год не сказывается на фотосинтетической активности высших растений, тогда как при высоких дозах (более 20 л/м2), например в условиях южной тайги, даже спустя год расте-

ния не могут нормально развиваться на загрязненной почве.

Одним из перспективных направлений рекультивации нефтезагрязнен-ных земель является использование гуминовых веществ (ГВ) или сорбентов на их основе. Это связано с тем, что гуминовые вещества проявляют свойства мелиорантов (благотворно влияют на физические и химические свойства почв путем их структурирования, увеличения влагоемкости, улучшения газообмена и т. д.), сорбентов (связывают гидрофобные органические соединения по механизму физической сорбции, а ионы металлов - по механизму ионного обмена), антидотов (вступают в химические реакции с широким спектром как органических, так и неорганических соединений). Кроме того, почвы, обогащенные гуминовыми веществами, могут выдерживать гораздо более высокие техногенные нагрузки.

Протекторное действие гуминовых веществ объясняют, как правило, образованием нетоксичных и недоступных для живых организмов комплексов с экоток-сикантами [2]. Это подтверждается данными по снижению биоаккумуляции полиядерных ароматических углеводородов (ПАУ) и тяжелых металлов в присутствии гуминовых веществ. В то же время известно, что гуминовые вещества могут ускорять процессы абиотического и биотического разложения экотоксикан-тов. Так, гуминовые вещества увеличивают растворимость высокогидрофобных хлорорганических пестицидов в воде, ускоряют фотолиз ПАУ и катализируют гидролиз симм-триазинов. Благодаря редокс-медиаторным свойствам гумино-вые вещества способны выступать в качестве терминальных акцепторов электронов, ускоряя процессы анаэробного разложения органических загрязняющих веществ [4, 5]. Особого внимания заслуживает адаптогенная активность гуминовых веществ, которая проявляется в возрастании резистентности живых организмов к стрессовым нагрузкам, в частности к химическому стрессу [3].

Указанные свойства позволяют рассматривать гуминовые вещества как природные детоксиканты комплексного действия. Перспективность их практического использования определяется громадными ресурсами гуминовых материалов, к которым относятся бурый уголь, торф, сапропель и другие каусто-биолиты.

В связи с вышеизложенным автором была поставлена цель - исследовать детоксицирующую способность различных гуминовых препаратов по отношению к нефтяному загрязнению почв.

В качестве гуминовых были использованы следующие препараты: гумат калия из леонардита Р (Powhumus, Германия), гумат калия -коммерческий препарат «Гумат-80» (город Иркутск, иркутский гумат - ИГ), гиматомелановые кислоты (ГМК), выделенные из ИГ. Гиматомелановые кислоты выделяли путем этанольной экстракции из гуминовых кислот согласно методике [6]. Препараты вносили по 25 мл на 300 г песка в виде раствора в двух концентрациях - 2 и 20 г/л соответственно (массовые дозы внесения соответственно 0,01 и 0,1 %). Дозы гуминовых препаратов выбирали из соображений их внесения в модельные системы: массовая доля как сорбентов - 0,1 %; массовая доля как удобрений - 0,01 %.

В качестве грунта использовали непромытый кварцевый песок (рН = 6), просеянный через сито с ячейками размером 0,63 мм. Песок насыпали по 300 г в пластиковые кюветы.

В качестве загрязнителя использовали сырую (Западная Сибирь) и прогретую нефть при температуре 272 оС. Последняя представляет собой имитацию состарившейся нефти при разливах [7]. Состав сырой нефти (массовая доля в процентах): асфальтены-смолы - 8,5...11,0 %; парафины -2,9...3,5, сера - 0,10.0,055 %. Вязкость при 50 оС - 3,0.3,3 Пас. Плотность при 20 оС - 0,810.0,860 г/см3, температура затвердевания -8 оС.

В качестве тест-объекта использовали пшеницу, в качестве тест-отклика -длину ростков пшеницы.

Для количественной оценки деток-сицирующей способности гуминовых препаратов был использован параметр - коэффициент детоксикации Б, рассчитываемый как относительное уменьшение токсического эффекта нефти в присутствии ГП (ТГП + нефть) по сравнению с токсическим эффектом нефти в отсутствие ГП (Тнефть) [8]:

Б

_ х НЕФТЬ

ГП+НЕФТЬ _

НЕФТЬ

До -^НЕФТЬ

Дщ ^ГП+НЕФТЬ

Я

ГП

. (1)

Др Д НЕФТЬ

Такой способ расчета позволяет оценить величину детоксицирующего эффекта, вызываемого уменьшением концентрации свободного токсиканта на фоне собственного воздействия гуми-новых препаратов на тест-объект.

Как следует из уравнения (1), для количественной оценки детоксициру-ющей способности гуминовых препаратов необходимо оценить токсический эффект нефти в отсутствие и в присутствии гуминовых препаратов и возможное стимулирующее влияние ГП на тест-объект. С этой целью измеряли длину проростков пшеницы в следующих модельных системах: 1 - в контрольной - И0; 2 -при дозе нефти, вызывающей снижение тест-отклика на 50 % (ЭД50) - -йнефть; 3 -при определенном содержании ГП - ДГП; 4 - при совместном присутствии нефти и ГП в дозах, аналогичных растворам 2 и 3 - N

' ГП + нефть.

Для определения ЭД50 сырую и прогретую нефть вносили по 0,5; 1,5; 10; 15; 20 г в модельный грунт. Выбранный диапазон концентраций нефти соответствовал зоне стресса (0,7. 50 мл/кг), где степень загрязнения нефтью такова, что возникают первые нарушения в микробном

№ 5' 2009

сообществе, характерном для данной почвы, и происходит перераспределение популяций микроорганизмов по степени доминирования [5].

В кюветы с модельными системами сеяли пшеницу (по 20 шт. в каждую кювету), затем кюветы помещали в климатическую камеру при температуре 25...27 °С с естественным освещением. Было проведено четыре серии эксперимента. Общая продолжительность эксперимента составила 25 дней. По окончании опыта измеряли длину ростков пшеницы.

Результаты эксперимента по определению ЭД50 сырой и прогретой нефти представлены на рис. 1. Несмотря на то что сырая нефть является более токсичной, чем прогретая, полученные данные показывают, что сырая и прогретая нефть оказывают практически одинаковое действие на рост пшеницы, вызывая снижение тест-отклика на 50 % при дозе 30 г/кг для сырой нефти и 50 г/кг для прогретой. Такой результат, по-видимому, обусловлен тем, что эксперименты проводили в открытых кюветах, что вызвало испарение легких (более токсичных) фракций нефти.

Рис. 1. Зависимость длины ростков пшеницы (в % от контроля) от концентрации нефти: —4— прогретая нефть; —сырая нефть

Дальнейшие эксперименты по изучению детоксицирующей способности гуминовых препаратов по отношению к нефти проводили при ЭД50 сырой нефти (30 г/кг).

Зависимость величины тест-отклика от концентрации гуминовых препаратов различного происхождения на тест-объект приведена на рис 2.

Рис. 2. Зависимость роста пшеницы (в процентах от контроля) от доз внесения гу-миновых препаратов различного происхождения: ■ - ГМК; □ - Р ; □ - ИГ

Величина проростков пшеницы в присутствии гуминовых препаратов выражена в процентах от контроля.

Как видно из представленных зависимостей, присутствие гуминовых препаратов при массовой дозе 0,01 % оказывает небольшой стимулирующий эффект на рост пшеницы. При этом в большей степени стимулирующий эффект характерен для гуминовых кислот (увеличение ЯГП до 112 % относительно Я0). Однако увеличение содержания гумино-вых препаратов до 0,1 % вызвало небольшое угнетение роста растений. Значения для ИГ, Р и ГМК составили

ГП ^ 7 с™

соответственно 72 ± 9 %, 77 ± 7 % и 84 ± 9 % по сравнению с контролем.

Данные по зависимости токсического эффекта нефти от содержания ГП различного происхождения (ГМК, Р, ИГ) приведены на рис. 3. Полученные данные свидетельствуют о снижении токсичности нефтяного загрязнения в присутствии препаратов ГМК и Р при концентрации 0,01 % , за исключением ИГ. Соответствующие значения величин тест-отклика ЯГП+нефть (проценты от контроля) составляют 65 ± 9 %, 54 ±7 % и 45 ±6 % по сравнению с 43 ± 5 % для ^нефть- Увеличение доз внесения до 0,1 % данных препаратов не оказало значительного положительного эффекта на тест-объект, а для ИГ наблюдалось увеличение угнетения роста по сравнению с Я , Значения , состави-

нефть. ГП + нефть

ли 46 ± 7 %, 53 ± 9 %, 20 ± 3 % соответственно для ГМК, Р и ИГ.

^ 7 ow

Приведенные экспериментальные данные по влиянию гуминовых

^ 60 о?50

ёзо 1 20 |ю

а? О ■

Рис. 3. Зависимость токсического эффекта сырой нефти в присутствии различных доз ГП (тест-объект - пшеница): Щ -

ГМК; □ - Р ; □ - ИГ

' 1-1 ow ' '—'

препаратов различного происхождения на токсичность нефти, а также по собственному воздействию гуминовых препаратов на величину тест-отклика позволили оценить детоксицирующий эффект данных препаратов.

Наибольший детоксицирующий эффект по отношению к нефтяному загрязнению почвы был отмечен для Р и составил 21 ± 3 % и 43 ± 7 %

ow

при дозах 0,01 и 0,1 % ( от массы) соответственно. Детоксицирующий эффект ГМК несколько ниже: 24 ± 4 % и 19 ± 3 % при дозах 0,01 % и 0,1 % (от массы) соответственно.

Таким образом, методом биотестирования показано, что гуминовые препараты обладают детоксицирующей способностью по отношению к нефтяным углеводородам.

При этом уровень детоксикации не превышает 43 ± 7 % . Показано, что в ряду исследованных препаратов максимальной детоксицирующей способностью обладают Р и ГМК.

ow

Список литературы

1. Деградация и охрана почв [Текст] ; под общей ред. Г. В. Добровольского. -М.: МГУ, 2002. - 654 с.

2. Шульгин, А. И. Эффективная технология детоксикации, очистки и восстановления свойств и плодородия почв, загрязненных углеводородами нефти и нефтепродуктов [Текст] / А. И. Шульгин // Новые технологии для очистки нефтезагрязнен-ных вод, почв, переработки и утилизации неф-тешламов : тезисы докладов Международной конференции. - М. : Рос. гос. университете Нефти и газа имени Губкина, 2001. - 38 с.

3. Биотестирование интегральной токсичности загрязненных вод и почв [Текст] /

B. М. Фомченко [и др.]. - М. : НИИЭМП, 1996. - 31 с.

4. Аренс, В. Ж. Очистка окружающей среды от углеводородных загрязнений [Текст] / В. Ж. Аренс, А. 3. Саушин,

C. М. Гридин, А.О. Гридин. - М. : «Ин-тербук», 1999. - 180 с.

5. Звягенцев, Д. Г. Почва и микроорганизмы [Текст] / Д. Г. Звягенцев. - М. : МГУ, 1989. - 255 с.

6. Глебова, Г. И. Гиматомелановые кислоты и их место в системе гумусовых веществ [Текст] : автореф. дис. ... канд. хим. наук : 02.00.03 / Глебова Галина Ивановна. - М. : МГУ, 1980. - 23 с.

7. Киреев, Н. А. Рост и развитие сорных растений в условиях техногенного загрязнения почвы [Текст] / Н. А. Киреев, А. М. Мифтахова, Г. Г. Кузяхметов // Вестник Башкирского университета. -2001. - С. 32-34.

8. Гречищева, Н. Ю. Взаимодействие гумусовых кислот с полярными ароматическими углеводородами: химические и токсикологические аспекты [Текст] : дис. ... канд. хим. наук : 02.00.03 - 11.00.11 / Гречищева Наталья Юрьевна. - М. : МГУ. - 183 с.

Статья поступила в редакцию 24.03.09. Блудова Людмила Николаевна, кандидат химических наук, доцент

Тел. 521-24-55 E-mail: yanat@mail.ru

№ 5' 2009

S

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.