CC BY
3
УДК 631.4: 631.879
А.А. Утомбаева, Л.К. Каримуллин, А.М. Петров, А.А. Вершинин, Э.Р. Зайнулгабидинов, Т.В. Кузнецова, И.В. Князев
Институт проблем экологии и недропользования АН РТ, [email protected]
ДИНАМИКА ОСТРОЙ ТОКСИЧНОСТИ, ДЫХАТЕЛЬНОЙ АКТИВНОСТИ И ЭФФЕКТИВНОСТЬ ДЕСТРУКЦИИ НЕФТИ ПРИ РЕКУЛЬТИВАЦИИ СЕРОЙ ЛЕСНОЙ ПОЧВЫ
В ходе двухэтапных десятинедельных исследований, включающих опыты по технической и комбинированной (техническая + биологическая) рекультивации определена динамика дыхательных и токсикологических характеристик серой лесной среднесуглинистой почвы, содержащей разные дозы нефтяных загрязнений. Загрязнение нефтью привело к росту биохимической активности почвы, появлению токсического эффекта. В почвенных образцах с начальным содержанием нефтепродуктов 5.2, 10.5, 20.5 и 28.8 г/кг зарегистрирована прямая зависимость между уровнем острого токсического действия, скоростью базального дыхания (V^), коэффициентом микробного дыхания (Qr) и содержанием нефтепродуктов и обратная зависимость между содержанием поллютанта и скоростью субстрат-индуцированного дыхания (V ). Внесение в почву термомеханически обработанного гранулированного осадка городских сточных вод (гранулята) из расчета 20 т/га привело к усилению острого токсического действия, которое при тестировании на пшенице в вариантах, содержавших 10.5-28.8 г/кг нефтепродуктов, не устранялось до конца эксперимента. Наблюдаемое синхронное изменение токсичности во времени при разном содержании нефтепродуктов указывает на протекание однотипных процессов. Внесение гранулята, содержащего 60.4% органического вещества, 3.0% азота, 1.5% фосфора, привело к 9-18-кратному росту V^^ и 4-10-кратному росту V, снижению устойчивости почвенных микробоценозов (повышение значений Q). К концу эксперимента различия в значениях V и V в опытах
4 ^-r' 'j г г базал. сид.
по технической и комбинированной рекультивации нивелировались, судя по Qr их стабильность имела близкие значения. Инкубирование почвенных образцов на втором этапе опытов показало, что более высокая деструкционная активность микроорганизмов при биологической рекультивации обеспечивает дополнительное 4-12% снижение содержания нефтепродуктов. Их остаточное содержание в почвенных образцах после технической и комбинированной рекультивации составило 2.5, 6.2, 12.1, 17.6 и 2.1, 5.4, 9.0, 13.7 г/кг, соответственно. Посев смеси высших растений выявил более высокую продуктивность зелёной массы на загрязненных нефтью образцах, прошедших последовательно техническую и биологическую рекультивацию.
Ключевые слова: нефть; серая лесная почва; осадок сточных вод; фитотоксичность; дыхательная активность; продуктивность растений.
DOI: https://doi.Org/10.24852/2411-7374.2024.2.63.72
Введение
Проблема рекультивации нефтезагрязненных почв с годами не теряет своей актуальности (Ки-реева и др., 2011; Dickinson, 2017), что требует продолжения исследований, направленных на разработку мероприятий, обеспечивающих интенсификацию и сокращение сроков минерализации углеводородов, восстановление свойств и плодородия почв.
В общем перечне подходов к рекультивации активация процессов деструкции нефтяных загрязнений за счёт внесения активной микрофлоры, органоминеральных добавок, минеральных удобрений находит широкое применение в Респу-
блике Татарстан (Гилязов, Гайсин, 2003; Денеж-кина, 2022; Яппаров и др., 2010; Ахметзянова, Селивановская, 2010; Дегтярева, 2020).
Образующийся в больших объемах в процессе очистки городских сточных вод осадок содержит органические и минеральные вещества в оптимальном для почвенных микроорганизмов соотношении, однако требует предварительного обезвреживания перед внесением в почву. Термомеханическая обработка осадков городских сточных вод обеспечивает получение гранулированного органоминерального удобрения, которое стимулирует почвенные микробиологические процессы, способствует интенсификации процесса ре-
культивации нефтезагрязненных почв (Утомбаева и др., 2023; Экологический сертификат ..., 2022).
Учитывая вышесказанное, целесообразно изучить возможность использования гранулированных осадков сточных вод при рекультивации нефтезагрязненных почв.
Цель работы - в лабораторных условиях в опытах по технической и комбинированной (техническая + биологическая) рекультивации определить динамику острой токсичности и дыхательной активности серой лесной почвы с разным содержанием нефти, оценить эффективность минерализации нефтепродуктов, влияние проведённых мероприятий на продуктивность растений.
Материалы и методы исследования
В работе были использованы:
- серая лесная среднесуглинистая почва (рНво 6.3, гумус 4.4%, N 0.21%, P 103 мг/кг, K ^
^ J J ^ вал. 7 подв. 7 подв.
81 мг/кг);
- термомеханически обработанный гранулированный осадок сточных вод очистных сооружений г. Казани (влажность 6.3%, рН 6.2, органическое вещество 60.4%, N^ 3.0%°лРобщ 1.5%, Рподв 2000 мг/кг, класс опасности IV), (далее - гра-нулят);
- парафинистая, сернистая смолистого типа нефть Ямашинского месторождения Республики Татарстан;
- растения: однодольные - пшеница обыкновенная (Triticum vulgare L.), рожь посевная (Secale cereale L.) и двудольное - вика посевная (Vicia sativa L.).
Варианты загрязненных почв (В1, В2, В3 и В4) были получены путём внесения в воздушно-сухую почву сернистой нефти из расчёта 12, 25, 45 и 60 г/кг. Определенное в них ИК-спектро-фотометрическим методом (ПНД Ф 16.1:2.2.2298) содержание нефтепродуктов (НП) составило В1-5.2, В2-10.5, В3- 20.5, В4-28.8 г/кг. В качестве контроля (К) использовали незагрязненную нефтью почву.
Исследования включали 2 последовательных этапа:
1) I этап: 25-суточная инкубация загрязненных и незагрязненных нефтью почвенных образцов (опыт Т - техническая рекультивация);
2) II этап: параллельная 42-суточная техническая (опыт ТТ) и биологическая (опыт ТБ) рекультивация загрязненных и незагрязненных нефтью почвенных образцов.
После проведения технической и комбинированной рекультивации на почвах было осуществлено 42-суточное культивирование высших растений.
На I и II этапах почвенные образцы инкубировали в контейнерах из пищевого пластика размером 180^140x90 мм, содержащих по 1400 г воздушно-сухой почвы. Подготовленные почвенные образцы периодически увлажняли и перемешивали, влажность поддерживали на уровне 25% от полной влагоемкости, температура инкубирования составляла 19-25°С.
После I этапа рекультивации (на 25-е сутки инкубации) опытные и контрольные варианты были разделены на две равные части, в одну из которых был внесён гранулят из расчёта 20 т/га. На II этапе рекультивации почвенные образцы без гранулята (опыт ТТ, варианты К, В1, В2, В3, В4) и с гранулятом (опыт ТБ, варианты КГ, В1Г, В2Г, В3Г, В4Г) инкубировались параллельно в течение 42 суток при вышеуказанных условиях. В ходе исследований устанавливали дыхательную активность и острую токсичность. Содержание НП в опытных образцах было определено в начале (после загрязнения почв), после I этапа и после опытов ТТ и ТБ.
Острую токсичность исследуемых почвенных образцов оценивали по изменению длины корней проростков пшеницы (Triticum vulgare) с периодичностью в 7 суток (ФР.1.39.2006.02264).
Уровень дыхательной активности определяли по скорости базального (Убазал) и субстрат-инду-цированного (Усид) дыхания. Эколого-физиоло-гическое состояние почв оценивали по величине коэффициента микробного дыхания по формуле
Qr = ^азал^си, (Вершинин и др. 2012).
В основу 42-суточного хронического вегетационного опыта была положена представленная в ГОСТ Р ИСО 22030-2009 методика. Культивирование смеси растений осуществляли в пластиковых контейнерах высотой 9 см и объёмом 550 мл, содержащих по 400 г почвы. В каждую ёмкость высевали по 6 семян ржи посевной и вики посевной. Количество повторностей в каждом варианте - 3. Культивирование растений осуществляли при температуре 19-25°С, влажности 20-25% от полной влагоемкости, 16-часовом световом дне с интенсивностью освещения 4000 Лк. Место расположения вегетационных сосудов ежедневно менялось для обеспечения оптимального условия освещения. Через 14 суток культивирования в каждой ёмкости оставляли по 3 растений каждого вида. На 42 сутки эксперимента определяли массу надземной части растений.
Результаты и их обсуждение
В начале исследований загрязненные нефтью почвенные образцы обладали острым токсическим действием, ингибирование роста корней
Ss30
е ь
20
I этап / stage II этап / stage
\
30 40
Время, сутки / Time, days В1 —В2 В3
Время, сутки / Time, days В1Г В2Г В3Г В4Г
60
50
£ « 40
10
30
40
50
60
70
10
20
50
60
70
В4
КГ
Рис. ¡.Динамика острой токсичности
при технической рекультивации Fig. ¡. Dynamics of acute toxicity during technical remediation
Рис. 2. Динамика острой токсичности
при биологической рекультивации Fig. 2. Dynamics of acute toxicity during biological remediation
Таблица ¡. Отношение острой токсичности при биологической рекультивации
к технической рекультивации Table ¡. Relation of acute toxicity during biological reclamation to technical
Время, сутки Time, days Кратность отклонения, раз Multiple of deviation, times
В1Г/В1 В2Г/В2 В3Г/В3 В4Г/В4
31 1.5 1.8 1.3 1.3
38 1.8 1.4 1.4 1.3
49 1.5 1.1 1.1 1.2
56 1.0 1.4 1.2 1.2
64 1.5 1.8 1.3 1.3
71 0.7 1.6 1.1 1.2
* i
I этап / stage II этап / stage
__ *——^ ____*
20 30
Время, сутки / Time, с В1 В2 В3 ^
Рис. 3. Динамика базального дыхания при
технической рекультивации Fig. 3. Dynamics of basal respiration during technical remediation
I этап / stage II этап / stage
J _
7 /
1/
*
30 40
Время, сутки / Time, days В2 В3 В4 -
Рис. 4.Динамика субстрат-индуцированного
дыхания при технической рекультивации Fig. 4. Dynamics of substrate-induced respiration during technical remediation
10
40
50
60
70
10
20
50
60
70
В4 К
В1
К
пшеницы в них варьировало в интервале от 34 до 66%. Во всех опытных вариантах наблюдался 1.6-2.2-кратный рост Уб , в вариантах В1-В3 1.2-1.4-кратный рост V .
Г Г сид.
Известно, что значения Qr=0.10-0.25 характеризуют состояние микробного сообщества почвы как благоприятное (Благодатская и др., 1995; Бла-годатская, Ананьева, 1996). Из проведённых расчётов следует, что наиболее сильное стрессовое
воздействие нефтяных углеводородов на микробный пул было в вариантах В3 и В4, значение Qr которых увеличилось с 0.21 в контроле до 0.34 и 0.51. В вариантах В1 и В2 значения Q составляли 0.29 и 0.28, соответственно.
На 24 сутки инкубации почва в вариантах В1 и В2 не обладала острой токсичностью (ингиби-рование роста корней не превышало 20%), а в вариантах В3 и В4 она была в 2.1 и 1.9 раза ниже
2/2024
начальной (рис. 1).
Снижение острой токсичности на 24-е сутки до уровня ниже 40% послужило основанием для внесения гранулята и перехода ко II этапу исследований.
На 31 сутки инкубации в опыте ТТ был отмечен рост токсического действия на пшеницу, которое в вариантах В1, В2, В3 и В4 было в 2.9, 2.9, 1.8 и 1.6 раза выше, чем в конце I этапа. При дальнейшем инкубировании наблюдалось варьирование токсичности почвенных образцов, которая в конце исследований в варианте В1 была в
Время, сутки / Time, days
Рис. 5. Динамика коэффициента микробного
дыхания при технической рекультивации Fig. 5. Dynamics of microbial respiration rate during technical remediation
В1Г - —В2Г В3Г В4Г КГ
Рис. 7. Динамика субстрат-индуцированного
дыхания при биологической рекультивации Fig. 7. Dynamics of substrate-induced respiration during biological remediation
1.5 раза выше, чем в начале, а в вариантах В2-В4 достоверно не отличалась от начальных значений (рис. 1).
Наблюдаемое синхронное изменение токсичности во времени при разном начальном содержании НП указывает на протекание однотипных метаболических процессов во всех вариантах опыта по технической рекультивации.
После добавления гранулята в варианте КГ было выявлено 55% ингибирование роста корней пшеницы. В вариантах В1Г, В2Г, В3Г и В4Г опыта ТБ токсичность была на 21, 30, 16 и 17% выше,
Время, сутки / Time, days В1Г--В2Г В3Г -»-В4Г КГ
Рис. 6. Динамика базального дыхания при
биологической рекультивации Fig. 6. Dynamics of basal respiration during biological remediation
В1Г -В2Г -^В3Г В4Г ^НКГ
Рис. 8. Динамика коэффициента микробного дыхания при биологической рекультивации Fig. 8. Dynamics of microbial respiration rate during biological remediation
чем в соответствующих вариантах опыта ТТ. С 49 суток инкубации и до конца исследований незагрязненные нефтью почвенные образцы с грану-лятом были нетоксичны, а в опытных вариантах на протяжении всего эксперимента регистрировалось ингибирование роста корней пшеницы (рис. 2).
Сопоставление результатов фитотестирования проб опыта ТБ (В1Г-В4Г) и опыта ТТ (В1-В4) показало, что к концу эксперимента в варианте В1Г токсичность была ниже, чем в варианте В1, в вариантах В3Г и В4Г она достоверно не отличалась от В3 и В4, и только в варианте В2Г была выше, чем в соответствующем варианте опыта
1-
i J hi h N
Начало Start
ТТ, начало TT, Start
ТБ, начало TB, ТТ, конец TT, ТБ, конец TB, Start end end
Рис. 9. Изменение содержания НП в загрязненной почве
Fig. 9. Changes in petroleum hydrocarbons content in contaminated soil
без гранулята (табл. 1).
В ходе исследований уровень базального дыхания контрольных образцов серой лесной почвы варьировал в интервале от 3.0 до 4.0 мкг СО2/мг-час и практически не зависел от времени инкубирования. Скорость субстрат-индуцированного дыхания в контроле к 11 суткам инкубации выросла с 14.6 до 23.6 мкг СО2/мгчас и до конца эксперимента оставалась на достаточно высоком уровне, варьируя в интервале от 21.3 до 25.3 мкг-СО2/мгчас.
Внесение нефти привело к росту биохимиче-
ской активности микробного сообщества почв. К шестым суткам инкубации скорость базального дыхания во всех опытных вариантах была в 1.52.4 раза, а субстрат-индуцированного в вариантах В1-В3 в 1.2-1.4 раза выше, чем в контроле (рис. 3, 4). В варианте В4, содержавшем 28.8 г/кг НП, V была на 10% ниже, чем в контроле.
сид. ' Г
К 11 суткам инкубации Vбазал достигла максимальных значений, причем варианты В1 и В4 имели одинаковый уровень эмиссии СО2. В дальнейшем Vбазал снизилась и до конца эксперимента в вариантах В2-В4 изменялась достаточно синхронно, и была выше, чем в незагрязненной почве. Интенсивность дыхания в варианте В1 была закономерно ниже, однако на 34 и 43 сутки инкубации V, имела сопоставимые с вариантами
базал. Г
В2-В4 значения (рис. 3).
Динамика активности микробного пула (V) также определялась начальным содержанием НП. Двухнедельное инкубирование вариантов К, В1, В2 привело к 1.4-1.6-кратному росту Vсид (рис. 4). На первом этапе активность микробного пула вышеуказанных образцов имела близкие значения и изменялась достаточно синхронно. В дальнейшем в варианте В1 значения V снижались,
сид.
а в варианте В2 оставались примерно на том же уровне.
Таблица 2. Коэффициенты корреляции между биологическими параметрами и содержанием НП
в почвах
Table 2. Correlation coefficients between biological parameters and petroleum hydrocarbous content in
soils
30
25
20
15
10
4
Период отбора Коэффициент корреляции Correlation coefficient
Period of sampling Токсичность Toxicity V6 базал. V сид. Qr
Начало эксперимента 0.98 0.93 -0.08 0.94
Перед опытом ТТ 0.96 0.73 -0.79 0.92
Перед опытом ТБ 0.91 -0.89 -0.94 0.83
После опыта ТТ 0.75 0.84 0.05 0.73
После опыта ТБ 0.87 0.78 0.70 0.79
Таблица 3. Продуктивность зелёной массы растений после биологической рекультивации
по отношению к технической Table 3. Productivity of green mass of plants after biological remediation in relation to technical remediation
Варианты Variants Продуктивность, % Productivity, %
Рожь / Rye Вика / Vetch
КГ 68 19
В1Г 224 234
В2Г 1154 120
В3Г 388 135
В4Г 257 358
В варианте В3 наблюдался постепенный рост Усид, что определялось необходимостью адаптации почвенных микроорганизмов к высокой концентрации поллютанта. Высокая концентрация НП в варианте В4 тормозила биохимические процессы, только к 17 суткам инкубации микробное сообщество преодолело токсическое действие поллютанта и V приблизилась к значениям ва-
сид.
рианта В3, а к 34 суткам - варианта В2.
Следует отметить, что ингибирование почвенной микрофлоры (снижение биохимической активности более чем на 25%, согласно (Методические рекомендации ..., 1982), было зарегистрировано только в варианте В4 на 11 сутки инкубации, когда Усид была на 33% ниже, чем в контроле.
Расчёт Qr показал, что в ходе исследований микробное сообщество незагрязненной серой лесной почвы было стабильным, значения Qr варьировали в интервале от 0.21 до 0.14. В опыте по технической рекультивации в вариантах, содержавших 5.2 и 10.5 г/кг НП, они не превышали 0.32, что свидетельствует о незначительном влиянии данных концентраций поллютанта на почвенный микробоценоз. НП в концентрации 20.5 и 28.8 г/кг приводили к разбалансировке биохимических процессов, начальное значение Qr этих вариантов составляло 0.34 и 0.51, соответственно. К концу исследований нестабильное состояние микробного пула - 0.34) наблюдалось только в варианте В4 (рис. 5).
Внесение гранулята в контрольную почву привело к 17-кратному росту Убазал, 6-кратному росту Усид, значение Qr увеличилось в 2.8 раза. К концу эксперимента различия дыхательных параметров между опытами ТТ и ТБ уменьшились, однако в опыте с гранулятом они были выше, чем без него (рис. 6-8).
Добавление гранулята в загрязненные нефтью образцы привело к 9-13-кратному росту уровня базального дыхания, при этом содержание пол-лютанта не влияло на доступность органического субстрата (рис. 3, 6). Эмиссия СО2 в вариантах КГ, В1Г и В2Г до 50 суток эксперимента изменялась синхронно и имела близкие значения. В вариантах В3Г и В4Г к 38 суткам эксперимента в результате адаптации микробного сообщества интенсивность эмиссии СО2 повысилась, значения Убазал выросли. Дальнейшее увеличение времени инкубации привело к снижению содержания доступного субстрата, в конце эксперимента в вариантах КГ и В1Г V составляла 18.2 и 21.5 мкг
базал.
СО2/мгчас, в вариантах В2Г-В4Г 41.6-44.3 мкг СО2/мгчас (рис. 6).
Внесение гранулята в загрязненные нефтью образцы привело к 5.2-8.8-кратному росту V .
Между содержанием НП и активностью почвенных микробиоценозов наблюдалась обратная зависимость, V снижалась с 201.4 мкг СО7мгчас
сид. 2
в варианте В1Г до 95.1 мкг СО2/мгчас в варианте В4Г, причём в последнем она была на 26% ниже, чем в варианте КГ (рис. 7). В ходе биологической рекультивации самая низкая активность была зарегистрирована в варианте КГ, достаточно синхронно с ней, но на более высоком уровне изменялась Vсид в варианте В1Г. Развивающиеся в вариантах В3Г и В4Г микробные сообщества в ходе инкубации постепенно преодолевали ин-гибирующее действие высоких концентраций поллютанта. Наблюдаемое в вариантах В2Г-В4Г синхронное изменение Vсид во времени указывает на протекание в них однотипных метаболических процессов.
При добавлении гранулята в нефтезагрязнен-ную почву наблюдалось ухудшение эколого-фи-зиологического состояния почв, значения Qr в них повысились в 1.2-1.8 раза. Увеличение времени инкубации способствовало повышению стабильности микробных сообществ опытных образцов, в конце эксперимента их состояние можно было оценить как стабильное (рис. 4, 8).
Учитывая, что при оценке эффективности рекультивационных мероприятий на нефтеза-грязненных почвах учитываются интенсивность деструкционных процессов и остаточное содержание поллютанта, в опытных вариантах на последовательных этапах рекультивации было определено содержание НП.
Согласно полученным результатам, инкубирование загрязненных нефтью почвенных образцов на первом этапе эксперимента обеспечило 25-33% снижение содержания НП. Внесение гра-нулята перед II этапом привело 5.4-18.5% уменьшению содержания поллютанта в опыте ТБ. В вариантах В3Г и В4Г концентрация НП стала на 14.9 и 18.5% ниже, чем в вариантах В3 и В4 опыта ТТ (рис. 9).
Параллельное инкубирование почвенных образцов на II этапе исследований показало, что в опыте по биологической рекультивации интенсивность деструкционных процессов была на 4-12% выше. Содержание НП после опыта ТБ было на 8-15% ниже, чем после двухэтапного опыта по технической рекультивации.
Анализ полученных данных продемонстрировал, что в проведённых опытах наблюдается высокая корреляционная зависимость между токсичностью, значениями Vбазал, Qr и содержанием НП в почвенных образцах, что подтверждает достоверную связь между этими параметрами (табл. 2).
По завершению исследований для определения влияния внесения гранулята при рекультивации на развитие растений в почвенные образцы после опытов ТТ и ТБ была посеяна смесь растений: рожь и вика. Проведенное 42-суточное культивирование показало, что после опыта, включающего последовательные техническую и биологическую рекультивацию загрязненной нефтью почвы, продуктивность зелёной массы была значительно выше, чем после 2-х этапного опыта по технической рекультивации (табл. 3), что подтверждает перспективность применения гранулята для восстановления свойств нефтеза-грязненных почв.
Заключение
Внесение нефти в серую лесную почву в концентрации 5.2-28.8 г/кг приводит к 1.6-2.2-кратному росту Vбазал, 34-66% ингибированию роста корней пшеницы, к 1.2-1.4-кратному росту Vсид в вариантах, содержавших 5.2-20.5 г/кг поллютан-та. При этом концентрации нефти 20.5 и 28.8 г/кг оказывали стрессовое воздействие на микробный пул почв, что приводило к увеличению значений Qг до 0.34 и 0.51. При более ее низких концентрациях, а также в контроле, значения Qr были ниже - 0.29, 0.28 и 0.21, соответственно.
Инкубирование почвенных образцов на I этапе исследований характеризовалось высокой вариабельностью значений V и V с последующей
базал. сид.
их стабилизацией на II этапе технической рекультивации. 10-недельная техническая рекультивация загрязненных нефтью почв способствовала стабилизации микробиологических процессов, но не обеспечила устранение токсического действия поллютанта на рост корней пшеницы.
Внесение гранулята в дозе 20 т/га привело к усилению токсического действия, ухудшению эколого-физиологического состояния незагрязненных и загрязненных нефтью почв, который интенсифицировал процессы деструкции поллю-танта. После комбинированной рекультивации остаточное содержание НП в почвенных образцах было на 8-15% ниже, чем после технической.
Синхронное изменение уровня острой токсичности и скорости базального дыхания почв в вариантах с разным содержанием нефти указывает на протекание в них однотипных процессов. Суммарная продуктивность зелёной массы растений, выросших на загрязненных и прошедших комбинированную рекультивацию почвах, была в 2.34.4 раза выше, чем после опыта по технической рекультивации.
Выявлено, что гранулят, внесенный в незагрязненную нефтью почву в дозе 20 т/га, даже
после длительной инкубации, ингибировал рост растений. Суммарная продуктивность их зелёной массы была в 3.1 раза ниже, чем в почве без гранулята.
Сопоставление результатов опытов по технической и комбинированной рекультивации серой лесной почвы почв показало, что максимальный эффект от применения гранулята в дозе 20 т/га достигается при высоких концентрациях нефтяных загрязнений.
Список литературы
1. Ахметзянова Л.Г., Селивановская С.Ю., Латыпова В.З. Лабораторное моделирование рекультивации нефте-загрязненных почв для определения допустимого остаточного содержания нефтепродуктов // Ученые записки Казанского университета. Серия: Естественные науки. 2010. Т. 152, №4. С. 68-77.
2. Благодатская Е.В., Ананьева Н.Д. Оценка устойчивости микробных сообществ в процессе разложения поллю-тантов в почве // Почвоведение. 1996. №11. С. 1341-1346.
3. Благодатская Е.В., Ананьева Н.Д., Мякшина Т.Н. Характеристика состояния микробного сообщества почвы по величине метаболического коэффициента // Почвоведение. 1995. №2. С. 205-210.
4. Вершинин А.А., Петров А.М., Каримуллин Л.К., Игнатьев Ю.А. Влияние нефтяного загрязнения на эколо-го-биологическое состояние различных типов почв // Вестник Казанского технологического университета. 2012. Т. 20, №4. С. 207-211.
5. Гилязов М.Ю., Гайсин И.А. Агроэкологическая характеристика и приемы рекультивации нефтезагрязненных черноземов Республики Татарстан. Казань: Изд-во «Фэн», 2003. 228 с.
6. ГОСТ Р ИСО 22030-2009. Качество почвы. Биологические методы. Хроническая фитотоксичность в отношении высших растений.
7. Дегтярева И.А., Мотина Т.Ю., Бабынин Э.В., Ежкова А.М., Давлетшина А.Я. Эколого-токсикологическая оценка процесса биоремедиации нефтезагрязнённой почвы // Теоретическая и прикладная экология. 2020. №3. С. 196202. doi: 10.25750/1995-4301-2020-3-196-202.
8. Денежкина А.А. Теоретико-методическое обоснование выбора способа биоремедиации нефтезагрязненных почв // Современная наука: Актуальные проблемы теории и практики. Сер. Естественные и технические науки. 2022. №6-2. С. 9-13. doi: 10.37882/2223-2966.2022.06-2.09
9. Киреева Н.А., Григориади А.С., Водопьянов В.В., Амиров А.Р. Подбор растений для фиторемедиации почв, загрязненных нефтяными углеводородами // Известия Самарского научного центра РАН. 2011. Т. 13, №5. С. 184187.
10. Методические рекомендации по гигиеническому обоснованию ПДК химических веществ в почве (утв. заместителем главного государственного санитарного врача СССР 5 августа 1982 г. № 2609-82).
11. ПНД Ф 16.1:2.2.22-98. Методика выполнения измерений массовой доли нефтепродуктов в минеральных, ор-гано-минеральных почвах и донных отложениях методом ИК-спектрометрии.
12. Утомбаева А.А., Петров А.М., Зайнулгабидинов Э.Р., Кузнецова Т.В., Вершинин А.А., Иванов Д.В., Шаги-дуллин Р.Р. Влияние гранулята осадка сточных вод на характеристики серой лесной почвы и продуктивность расте-
ний // Российский журнал прикладной экологии. 2023. №№1. С. 52-60. https://doi.Org/10.24852/2411-7374.2023.1.52.60.
13. Утомбаева А.А., Вершинин А.А., Зайнулгабидинов
3.Р., Князев И.В., Петров А.М. Изучение возможности применения осадков сточных вод для биологической рекультивации нефтезагрязненной серой лесной почвы // Российский журнал прикладной экологии. 2023. №2. С. 63-68. https://doi. org/10.24852/2411-7374.2023.2.63.69.
14. Утомбаева А.А., Кузнецова Т.В., Вершинин А.А., Зайнулгабидинов Э.Р., Петров А.М. Эффективность применения осадка городских сточных вод при рекультивации нефтезагрязненной серой лесной почвы // Вестник Нижневартовского государственного университета. 2023. №3. С.113-126. https://doi.org/10.36906/2311-4444/23-3/09.
15. ФР. 1.39.2006.02264. Методика выполнения измерений всхожести семян и длины корней проростков высших растений для определения токсичности техногенно загрязненных почв.
16. Экологический сертификат соответствия №RA.RU. 11НА15.П.00114 «Удобрение органическое гранулированное на основе осадков сточных вод, изготавливаемое серийно по ТУ 37.00.20-001-03317648-2022 на очистных сооружениях канализации г. Казани». ООО «БИФАР-Экология».
17. Яппаров А.Х., Дегтярева И.А., Хабипов Н.Н., Хиди-ятуллина А.Я. Технология биологической рекультивации загрязненных земель в результате аварийного разлива нефти. Казань, 2010. 59 с.
18. Dickinson N., Murray B.G., Murphy D.J. Phytoreme-diation // Encyclopedia of applied plant sciences. Oxford: Academic Press, 2017. Р. 327-331.
References
1. Ahmetzyanova L.G., Selivanovskaya S.Yu., Latypova V.Z. Laboratornoe modelirovanie rekul'tivacii neftezagryaznennyh pochv dlya opredeleniya dopustimogo ostatochnogo soderzhani-ya nefteproduktov [Laboratory modeling of oil-contaminated soil remediation to determine the permissible residual content of petroleum products] // Uchenye zapiski Kazanskogo Universite-ta. Ser.: Estestvennye nauki [Scientific Notes of Kazan University. Series: Natural Sciences]. 2010. Vol. 152, No 4. P. 68-77.
2. Blagodatskaya E.V., Anan'eva N.D. Ocenka ustojchivosti mikrobnyh soobshchestv v processe razlozheniya pollyutantov v pochve [Assessment of microbial community resilience in the decomposition of pollutants in soil] // Pochvovedenie [Soil science]. 1996. No 11. P. 1341-1346.
3. Blagodatskaya E.V., Anan'eva N.D., Myakshina T.N. Harakteristika sostoyaniya mikrobnogo soobshchestva pochvy po velichine metabolicheskogo koefficienta [Characterization of soil microbial community condition by the value of metabolic coefficient] // Pochvovedenie [Soil science]. 1995. No 2. P. 205-210.
4. Vershinin A.A., Petrov A.M., Karimullin L.K., Ignat'ev YU.A. Vliyanie neftyanogo zagryazneniya na ekologo-biolog-icheskoe sostoyanie razlichnyh tipov pochv [Influence of oil pollution on ecological and biological condition of different types of soils] // Vestnik Kazanskogo tekhnologicheskogo universiteta [Bulletin of Kazan technological university]. 2012. Vol. 20, No
4. P. 207-211.
5. Gilyazov M.Yu., Gajsin I.A. Agroekologicheskaya harak-teristika i priemy rekul'tivacii neftezagryaznennyh chernozemov Respubliki Tatarstan. Kazan' [Agroecological characterization and methods of reclamation of oil-contaminated chernozems of the Republic of Tatarstan]: Kazan Fen, 2003. 228 p.
6. GOST R ISO 22030-2009. Kachestvo pochvy. Biolog-icheskie metody. Hronicheskaya fitotoksichnost' v otnoshenii vysshih rastenij [Soil quality. Biological methods. Chronic pho-
totoxicity in relation to higher plants].
7. Degtyareva I.A., Motina T.Yu., Babynin E.V., Ezhkova A.M., Davletshina A.Ya. Ekologo-toksikologicheskaya ocenka processa bioremediacii neftezagryaznyonnoj pochvy [Ecological and toxicological assessment of bioremediation of oil-contaminated soil] // Teoreticheskaya i prikladnaya ekologiya [Theoretical and applied ecology]. 2020. No 3. P. 196-202. doi: 10.25750/1995-4301-2020-3-196-202
8. Denezhkina A.A. Teoretiko-metodicheskoe obosnovanie vybora sposoba bioremediacii neftezagryaznennyh pochv [Theoretical and methodological justification of choosing the method of bioremediation of oil-contaminated soils] // Sovremennaya nauka: Aktual'nye problemy teorii i praktiki. Seriya estestvennye i tekhnicheskie nauki [Modern Science: Actual problems of theory and practice. Series of natural and technical sciences]. 2022. No 6-2. P. 9-13. doi: 10.37882/2223-2966.2022.06-2.09
9. Kireeva N.A., Grigoriadi A.S., Vodop'yanov V.V., Amirov A.R. Podbor rastenij dlya fitoremediacii pochv, zagryaznennyh neftyanymi uglevodorodami [Selection of plants for phytoreme-diation of soils polluted by petroleum hydrocarbons] // Izvestiya Samarskogo nauchnogo centra RAN [Izvestia Samara Scientific Center of RAS]. 2011. Vol. 13. No 5. P. 184-187.
10. Metodicheskie rekomendacii po gigienicheskomu obos-novaniyu PDK himicheskih veshchestv v pochve (utverzhdeny zamestitelem glavnogo gosudarstvennogo sanitarnogo vracha SSSR 5 avgusta 1982 g. №2609-82) [Methodical recommendations on hygienic substantiation of MPC of chemical substances in soil (approved by the Deputy Chief State Sanitary Doctor of the USSR on August 5, 1982 № 2609-82].
11. PND F 16.1:2.2.22-98. Metodika vypolneniya izmerenij massovoj doli nefteproduktov v mineral'nyh, organo-mineral'nyh pochvah i donnyh otlozheniyah metodom IK-spektrometrii [Methodology for performing measurements of the mass fraction of petroleum products in mineral, organic-mineral soils and bottom sediments by infrared spectrometry].
12. Utombaeva A.A., Petrov A.M., Zajnulgabidinov E.R., Kuznecova T.V., Vershinin A.A., Ivanov D.V., Shagidullin R.R. Vliyanie granulyata osadka stochnyh vod na harakteristiki se-roj lesnoj pochvy i produktivnost' rastenij [Influence of sewage sludge granulate on gray forest soil characteristics and plant productivity] // Rossijskij zhurnal prikladnoj ekologii [Russian journal of applied ecology]. 2023. No 1. P. 52-60. https://doi. org/10.24852/2411-7374.2023.1.52.60.
13. Utombaeva A.A., Vershinin A.A., Zajnulgabidinov E.R., Knyazev I.V., Petrov A.M. Izuchenie vozmozhnosti primeneniya osadkov stochnyh vod dlya biologicheskoj rekul'tivacii nefteza-gryaznennoj seroj lesnoj pochvy [Study of the possibility of using sewage sludge for biological remediation of oil-contaminated gray forest soil] // Rossijskij zhurnal prikladnoj ekologii [Russian journal of applied ecology]. 2023. No 2. P. 63-68. https://doi. org/10.24852/2411-7374.2023.2.63.69.
14. Utombaeva A.A., Kuznecova T.V., Vershinin A.A., Zajnulgabidinov E.R., Petrov A.M. Effektivnost' primeneniya osad-ka gorodskih stochnyh vod pri rekul'tivacii neftezagryaznennoj seroj lesnoj pochvy [Efficiency of municipal sewage sludge application in reclamation of oil-contaminated gray forest soil] // Vestnik Nizhnevartovskogo gosudarstvennogo universiteta [Bulletin of Nizhnevartovsk State University]. 2023. No 3. P. 113126. https://doi.org/10.36906/2311-4444/23-3/09.
15. FR.1.39.2006.02264. Metodika vypolneniya izmerenij vskhozhesti semyan i dliny kornej prorostkov vysshih rastenij dlya opredeleniya toksichnosti tekhnogenno zagryaznennyh pochv [Methodology of measurements of seed germination and root length of seedlings of higher plants to determine the toxicity of technogenically contaminated soils].
16. Ekologicheskij sertifikat sootvetstviya No RA.RU. 11NA15.P.00114 «Udobrenie organicheskoe granulirovannoe
na osnove osadkov stochnyh vod, izgotavlivaemoe serijno po TU 37.00.20-001-03317648-2022 na ochistnyh sooruzheniyah kanalizacii g. Kazani» [Ecological Certificate of Conformity No RA.RU.11NA15.P.00114 «Organic granular fertilizer on the basis of sewage sludge, produced serially according to TU 37.00.20-001-03317648-2022 at the sewage treatment facilities of Kazan city»]. «BIFAR-Ekologiya».
17. Yapparov A.H., Degtyareva I.A., Habipov N.N., Hidiyat-ullina A.Ya. Tekhnologiya biologicheskoj rekul'tivacii zagryaz-nennyh zemel' v rezul'tate avarijnogo razliva nefti [Technology of biological remediation of contaminated lands as a result of accidental oil spills]. Kazan, 2010. 59 p.
18. Dickinson N., Murray B.G., Murphy D.J. Phytoremedia-tion // Encyclopedia of applied plant sciences. Oxford: Academic Press, 2017. P. 327-331.
Utombaeva A.A., Karimullin L.K., Petrov A.M., Vershinin A.A., Zainulgabidinov E.R., Kuznetsova TV., Knyazev IV. Dynamics of acute toxicity, respiratory activity and oil degradation efficiency during gray forest soil remediation.
In the course of two-stage ten-week studies, including experiments on technical and combined (technical + biological) remediation, the dynamics of respiratory and toxicological characteristics of gray forest medium loamy soil containing different doses of oil pollution was determined. Oil pollution led to the growth of biochemical activity of soil, appearance of toxic effect. In soil samples with initial oil content of 5.2, 10.5, 20.5 and 28.8 g/kg, a direct correlation between the level of acute toxic effect, basal respiration rate (Vbasal), microbial respiration coefficient (Qr) and oil content and an inverse correlation
between pollutant content and substrate-induced respiration rate (Vsid) were registered. Application of thermomechanically treated granulated sludge of municipal sewage (granulate) at the rate of 20 t/ha into the soil during biological recultivation resulted in strengthening of acute toxic effect, which was not eliminated till the end of the experiment when tested on wheat in variants containing 10.5-28.8 g/kg of petroleum products. The observed synchronous change of toxicity in time at different contents of oil products indicateB the occurrence of similar processes. Application of granulate containing 60.4% organic matter, 3.0% N t and 1.5% P t resulted in 9-18-fold increase
tot tot
of V and 4-10-fold increase of V and decrease
basal sid
of stability of soil microbocenoses (increase of Qr values). By the end of the experiment the differences in V and V values of experiments on technical
basal sid
and combined reclamation leveled out, according to Qr their stability had close values. Incubation of soil samples at the 2nd stage of experiments showed that higher destructive activity of microorganisms at biological recultivation provided additional 4-12% reduction of oil products content. The residual content of petroleum products in soil samples after experiments on technical and combined reclamation amounted to 2.5, 6.2, 12.1, 17.6 and 2.1, 5.4, 9.0, 13.7 g/kg, respectively. The sowing of a mixture of higher plants revealed higher productivity of green mass on oil-contaminated samples that underwent successive technical and biological remediation.
Keywords: oil; gray forest soil; sewage sludge; phytotoxicity; respiratory activity; plant productivity.
Раскрытие информации о конфликте интересов: Автор заявляет об отсутствии конфликта интересов / Disclosure of conflict of interest information: The author claims no conflict of interest
Информация о статье / Information about the article
Поступила в редакцию / Entered the editorial office: 04.03.2024
Одобрено рецензентами / Approved by reviewers: 18.03.2024
Принята к публикации / Accepted for publication: 10.04.2024
Сведения об авторах
Утомбаева Алина Александровна, аспирант, младший научный сотрудник, Институт проблем экологии и недропользования АН РТ, 420087, Россия, г. Казань, ул. Даурская, 28, E-mail: [email protected].
Каримуллин Ленар Камилевич, научный сотрудник, Институт проблем экологии и недропользования АН РТ, 420087, Россия, г. Казань, ул. Даурская, 28, E-mail: [email protected].
Петров Андрей Михайлович, кандидат биологических наук, заведующий лабораторией, Институт проблем экологии и недропользования АН РТ, 420087, Россия, г. Казань, ул. Даурская, 28, E-mail: [email protected].
Вершинин Анатолий Андреевич, кандидат биологических наук, старший научный сотрудник, Институт проблем экологии и недропользования АН РТ, 420087, Россия, г. Казань, ул. Даурская, 28, E-mail: [email protected].
Зайнулгабидинов Эрик Ренатович, кандидат биологических наук, старший научный сотрудник, Институт проблем экологии и недропользования АН РТ, 420087, Россия, г. Казань, ул. Даурская, 28, E-mail: [email protected].
Кузнецова Татьяна Васильевна, научный сотрудник, Институт проблем экологии и недропользования АН РТ, 420087, Россия, г. Казань, ул. Даурская, 28, E-mail: [email protected].
Князев Игорь Владимирович, научный сотрудник, Институт проблем экологии и недропользования АН РТ, 420087, Россия, г. Казань, ул. Даурская, 28, E-mail: [email protected].
Information about the authors
Alina A. Utombaeva, Postgraduate Student, Junior Researcher, Research Institute for Problems of Ecology and Mineral Wealth Use of Tatarstan Academy of Sciences, 28, Daurskaya st., Kazan, 420087, Russia, E-mail: [email protected].
Lenar K. Karimullin, Researcher, Research Institute for Problems of Ecology and Mineral Wealth Use of Tatarstan Academy of Sciences, 28, Daurskaya str., Kazan, 420087, Russia, E-mail: [email protected].
Andrey M. Petrov, Ph.D. in Biology, Head of the Laboratory, Research Institute for Problems of Ecology and Mineral Wealth Use of Tatarstan Academy of Sciences, 28, Daurskaya st., Kazan, 420087, Russia, E-mail: [email protected].
Anatoly A. Vershinin, Ph.D. in Biology, Senior Researcher, Research Institute for Problems of Ecology and Mineral Wealth Use of Tatarstan Academy of Sciences, 28, Daurskaya str., Kazan, 420087, Russia, E-mail: [email protected].
Erik R. Zainulgabidinov, Ph.D. in Biology, Senior Researcher, Research Institute for Problems of Ecology and Mineral Wealth Use of Tatarstan Academy of Sciences, 28, Daurskaya st., Kazan, 420087, Russia, E-mail: [email protected].
Tatyana V. Kuznetsova, Researcher, Research Institute for Problems of Ecology and Mineral Wealth Use of Tatarstan Academy of Sciences, 28, Daurskaya st., Kazan, 420087, Russia, E-mail: [email protected].
Igor V. Knyazev, Researcher, Research Institute for Problems of Ecology and Mineral Wealth Use of Tatarstan Academy of Sciences, 28, Daurskaya str., Kazan, 420087, Russia, E-mail: [email protected].
