CC BY
162
Эффективность применения биопрепарата Ленойл для рекультивации чернозёмов обыкновенных, загрязнённых нефтью
Т.С. Шорина, к.б.н., А.М. Русанов, д.б.н., профессор, Оренбургский ГУ
Цель и методика исследований. В условиях возрастающего антропогенного воздействия на окружающую среду её защита от техногенного загрязнения является одной из серьёзных задач экологии, почвоведения и смежных наук. Нефтяное загрязнение выступает одним из типичных антропогенных воздействий на почвенный покров, в том числе и в Оренбургской области, где добыча углеводородов занимает важнейшее место в экономике региона. Разливы нефти часто затрагивают земли сельскохозяйственной категории с высокими кадастровыми показателями [1—3]. В связи с этим актуальными являются вопросы очистки и восстановления нефтезагрязнённых земель.
Рассматривая эффективность биорекультивации нефтезагрязнённых степных чернозёмов оренбургского Предуралья, в качестве объекта исследования был выбран биопрепарат Ленойл, основанный на применении микроорганизмов, активно утилизирующих углеводороды нефти,
который позволяет воссоздать и усилить естественные биологические процессы на нефтеза-грязнённых участках почв. Биопрепарат успешно апробирован в пределах Оренбургской области при проведении рекультивационных работ [4, 5]. Однако большой научный и практический интерес представляет изучение влияния биопрепарата Ленойл на свойства нефтезагрязнённых почв при различных концентрациях нефтяного загрязнения.
Экспериментальные исследования проводили на распаханном участке чернозёма обыкновенного, который был загрязнён различными дозами нефти — 1, 5, 10 и 15% от массы почвы в течение двух вегетационных периодов (2009—2010 гг.). Методы исследования включали традиционные лабораторные анализы и полевые наблюдения. Численность микроорганизмов в почве определяли с помощью посева почвенной суспензии на твёрдые питательные среды и с помощью люминесцентной микроскопии на микроскопе ВЮМЕБ2Ь. Активность каталазы определяли с помощью газометрического метода А.Ш. Галстяна (1986). Содержание пероксидазы
и полифенолоксидазы — по методу Л.А. Каряги-ной и Н.А. Михайловской (1986). Анализ проб на содержание нефтепродуктов был проверен согласно ПНДФ 16.1:2.2.22-98 «Методика выполнения измерений массовой доли нефтепродуктов в почвах и донных отложениях методом ИК-спектрометрии» [1, 2].
Результаты исследований. Для определяния влияния биопрепарата Ленойл на свойства нефтезагрязнённых почв исследовали микробиологическую активность самого препарата. Посев суспензии биопрепарата на твёрдые питательные среды показал следующие результаты. Наибольшая численность микроорганизмов обнаруживается на среде для выявления углево-дородокисляющих микроорганизмов, при этом значения их в 2—3 раза превышали численность углеводородокисляющих микроорганизмов (УОМ), выделенных из суспензии незагрязнённой почвы. Общее микробное число (ОМЧ) равно 12,6 млрд/г, что в некоторых вариантах сопоставимо, а в большинстве случаев оказалась меньше общей численности микроорганизмов в незагрязнённой почве.
Исходя из вышесказанного при внесении биопрепарата Ленойл в почву следует ожидать повышение численности группы микроорганизмов, утилизирующих углеводороды. Такое предположение подтверждается проведёнными экспериментами. На рисунке видно, что уже через 2 месяца (июль 2009 г.) после внесения биопрепарата в нефтезагрязнённую почву наблюдается достоверное увеличение численности УОМ по сравнению с необработанными участками с 9,0 до 14,7 (при 5%), с 12,5 до 16,2 (при 10%) и с 14,1 до 18,1 (при 15%). На второй год исследований численность рассмотренной группы микроорганизмов сокращается до уровня контроля при 1,5- и 10-процентном загрязнении (октябрь 2010 г.). Такая ситуация может быть связана с уменьшением количества нефти при данных уровнях загрязнения за счёт её микробиологического разложения. В нефте-загрязнённой почве, не обработанной биопре-
паратом, наблюдается подобная тенденция, но при более низких концентрациях — 1 и 5%. То есть биопрепарат повышает способность почвы к утилизации углеводородного загрязнения при более высоких концентрациях нефти. Помимо этого он способствует быстрому возврату почвенной экосистемы в состояние, близкое к исходному.
На рисунке видно, что в июле 2010 г. численность микроорганизмов при 5-процентном загрязнении уже не отличается достоверно от контрольного участка (1 = 0,15, при п = 9).
При внесении биопрепарата в нефтезагряз-нённую почву также отмечается увеличение ОМЧ преимущественно в слое почвы 0—20 см, что обусловлено миграцией биопрепарата в более глубоколежащие горизонты почвы и лучшими условиями аэрации верхних слоев чернозёмов. Наиболее высокие значения ОМЧ отмечаются в 2009 г. в первые месяцы внесения биопрепарата Ленойл в почву. На второй год исследований, в частности в октябре 2010 г., выявлено снижение общей численности микроорганизмов на рекультивированных участках до уровня контрольных значений при 1,5- и 10-процентном загрязнении, что свидетельствует о восстановлении почвенной экосистемы после загрязнения при указанных концентрациях нефти. Изменение ОМЧ связано в первую очередь с изменением числа микроорганизмов, окисляющих углеводороды (УОМ), что подтверждается их тесной корреляционной зависимостью (г от 0,86 до 0,91, р < 0,05).
Учитывая увеличение численности микроорганизмов, благодаря которым происходит активное разложение нефти, целесообразно исследовать изменение уровня активности ферментов класса оксид оредуктаз (в частности, катал азы, пероксидазы, полифенолоксидазы), присутствие которых свидетельствует о процессах окисления органических веществ.
Активность каталазы в почве, обработанной биопрепаратом Ленойл, повышается уже с первого месяца после его внесения по срав-
2009 г.
зн ин+л
2010 г.
1 Н ИН+Л
Рис. - Численность углеводородокисляющих микроорганизмов в нефтезагрязнённой почве (Н) и на участках, обработанных биопрепаратом (Н+Л)
Корреляционная зависимость между численностью микроорганизмов и каталазной активностью нефтезагрязнённых почв, обработанных биопрепаратом Ленойл
Показатель биологической активности Время инкубации Активность каталазы, мл ОоХМИН/г
ОМЧ, млрд/г УОМ, млн/г май 2009 г. (1 месяц) г = 0,75, р = 0,001 г = 0,92, р = 0,001
ОМЧ, млрд/г УОМ, млн/г октябрь 2009 г. (6 месяцев) г = 0,72, р = 0,004
ОМЧ, млрд/г УОМ, млн/г май 2010 г. (12 месяцев) г = 0,56, р = 0,03
ОМЧ, млрд/г УОМ, млн/г октябрь 2010 г. (18 месяцев) г = 0,61, р = 0,015 г = 0,86, р = 0,001
нению с необработанными участками. На 6-й месяц после внесения биопрепарата уровень активности каталазы возрастает в 1,5—2 раза, что свидетельствует об активных процессах окисления в нефтезагрязнённых почвах. Второй год исследований (октябрь 2010 г.) показывает снижение каталазной активности при 1,5- и 10-процентном загрязнении до уровня, близкого к контролю (7,2—7,5 мл 02х мин/г). Подобная ситуация обнаруживалась и при исследовании численности микроорганизмов, что подтверждается положительной корреляционной связью исследуемых показателей биологической активности рекультивируемых почв (табл.).
Исследование почвенных фенолоксидаз также подтверждает полученные данные об усилении процессов биологического окисления углеводородов в почве, обработанной Ленойлом.
Выводы. Рекомендации. Биопрепарат Л енойл, созданный на основе консорциума специально подобранных микроорганизмов — Bacillus brevis и Arthrobacter species, увеличивает степень и скорость биодеградации углеводородов нефти на загрязнённых участках чернозёма обыкновенного. На экспериментальных делянках с 1,5- и 10-процентным загрязнением в течение двух лет происходит восстановление свойств почвы до уровня контрольных значений. Эти данные позволяют рекомендовать использование биопрепарата Ленойл при нефтяном загрязнении почвы для ускорения процессов разложения нефти, если её концентрация не превышает 10%.
Литература
1. Габбасова И.М. Оценка состояния почв с давними сроками загрязнения сырой нефтью после биологической рекультивации // Почвоведение. 2002. № 10. С. 1259-1273.
2. Русанов А.М., Шорина Т.С. Оценка влияния нефтяного загрязнения на свойства чернозёма обыкновенного (на примере Оренбургской области) // Материалы IV Всерос. научн. конф. Томск: TMJI-Пресс, 2010. С. 238-241.
3. Степанова О.Б., Русанов А.М., Юров С.А. и др. / Мониторинг земель Оренбургской области. Оренбург, 2011. 28 с.
4. Логинов О.Н. Биотехнологические методы очистки окружающей среды от техногенных загрязнений. Уфа: Изд-во «Реактив», 2000. 100 с.
5. Русанов А.М., Шорина Т.С. Динамика биохимических процессов в почвах при нефтяном загрязнении // Вестник Оренбургского государственного университета. 2009. № 10. С, 600-603.
