CC BY
84
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
