CC BY
8ЭКО-ТОКСИКОЛОГИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА МЕТОДОМ БИОТЕСТИРОВАНИЯ ПОЧВЫ ПОСЛЕ ВНЕСЕНИЯ НЕФТЕСОДЕРЖАЩЕГО НЕФТЕСОРБЕНТА НА ОСНОВЕ ДИГИДРАТА СУЛЬФАТА КАЛЬЦИЯ Горовых О.Г.1, Жаховский А.М.2
1Горовых Ольга Геннадьевна - кандидат технических наук, доцент, начальник лаборатории, ООО «Белспецкомплект», Минский городской технопарк, г. Минск;
2Жаховский Алексей Михайлович - учитель биологии, средняя школа № 23, г. Борисов;
Республика Беларусь
Аннотация: после проведения работ по ликвидации аварийных разливов нефти образуются различные отходы, среди которых отработавший, насыщенный нефтью нефтесорбент. Одним из методов утилизации отработавшего нефтесорбента является его внесение в почву в допустимых количествах. В статье представлены результаты эко-токсикологической оценки почвы, после внесения в нее отработавшего нефтесорбента с использованием в качестве тест-организмов овса посевного и редьки масличной, а тест-реакций - энергия прорастания, всхожесть, длина корешка, высота проростка и сухая биомасса надземной массы и корней через 7 и 14 дней после всхожести семян. На основании проведенных исследований сделан вывод об отсутствии фитотоксичности рассматриваемого насыщенного НС при внесении его в почву количествах, не превышающих 23 г/м2.
Ключевые слова: дигидрат сульфата кальция, биотестирование, почва, токсичность, нефтяное загрязнение, Avena sativa, Raphanus sativus L. oleífera Metzg.
Введение. При проведении работ по ликвидации аварийных разливов нефти (ЛАРН), в подавляющем большинстве случаев используют нефтесорбенты (НС) различной природы: как неорганические, так и органические. По завершении работ по ЛАРН, образуются многочисленные отходы, в частности насыщенный нефтепродуктами сорбент. Утилизация НС в большинстве случаев [1, с.70-88] проводится методом сжигания или захоронения. Оба метода являются экологически неприемлемыми, так как, приводят к дальнейшему пролонгированному загрязнению окружающей среды.
Многими авторами отмечается [2, 3], что наличие нефти в почве иногда положительно влияет на растения. Начиная с 1973 года в литературе [4, 5] различными авторами предлагается использовать нефть, нефтепродукты, шламовые отходы в качестве противоэрозионных средств для закрепления песков и для улучшения их зарастания растениями в зоне пустынь и полупустынь. На ООО «Белспецкомплект» освоен выпуск неорганического НС на основе фосфогипса - отхода Гомельского химического завода. Неорганический НС представляет собой мелкодисперсный порошок (наибольший размер частиц d98 -120 мкм, средний размер частиц d50 - 50 мкм) дигидрата сульфата кальция (ДГСК). Естественно, что после проведения ЛАРН, массу сорбента, насыщенного нефтью в той или иной мере, также необходимо утилизировать. Одно из экологически приемлемых решений, это внесение отработавшего НС в почвы, особенно пустынные и полупустые, для получения систем пригодных для зарастания их растениями, т.к. при этом повышается количество углерода в почве за счет УВ, а присутствие ДГСК способствует удержанию почвой воды от ее интенсивного испарения. Известно, что ДГСК рекомендован для внесения в почву в качестве мелиоранта [6]. Поэтому отходы, образовавшиеся при ЛАРН при использовании НС на основе ДГСК, возможно использовать для структурирования почвы и одновременного внесения небольшого количества органических веществ, в частности углеводородов, поглощенных сорбентом, с возможным увеличением продуктивности полей.
Цель работы: определить возможность утилизации отходов отработавшего НС на основе мелкодисперсного ДГСК путем оценки состояния почвы методом биотестирования.
Объекты и методы исследования. В качестве тест-организма был выбран овес посевной (Avena sativa L.) - однодольное высшее растение, эукариот, автотроф, продуцент, с хорошо изученной биологией и экологией, и двудольное - редька масличная (Brassica rapa CrGC syn. Rbr). Тест-функциями выступали:
энергия прорастания и всхожесть (для овса посевного и редьки масличной), а длина проростка, высота корешка и сухая биомасса для овса посевного.
Энергию прорастания семян изучали по количеству проростков появившихся на 1, 2, 3 и 4-е сутки после замачивания их в соответствующих вытяжках в лабораторных условиях. Для каждого опыта и контроля брали по 50 семян.
НС смешивали с нефтяным шламом (НШ) в соотношении: 20 г (НШ) на 80 г НС на основе ДГСК. Это соотношение не является максимальной сорбционной емкостью для НС на основе ДГСК, но в условиях проведения ЛАРН максимального насыщения добиться невозможно. Выбор нефтяного шлама, был обусловлен наличием в нем смолистых и частично окисленных органических веществ, большей частью нелетучих углеводородов, которые при хранении подверглись трансформации, приводящему к потере легких летучих фракций и которые, наиболее тяжело поддаются преобразованию в природе. НШ образовался в результате механической очистке (вручную скребком) вертикальных стальных резервуаров после хранения в них в течение 2 лет сырой нефти месторождения Приграничное, находящегося в северной части Прикаспийской впадины, в окрестностях г. Уральск (Республика Казахстан).
Вытяжки готовили из навески смеси НШ и НС массой 25 г и 300 мл водопроводной воды, настаивали в течение 1,5 часа и отфильтровали. Фильтрат разбавляли водой с получением растворов с концентраций вытяжки: 33, 66 и 100 %. Всхожесть определяли в соответствии с [7], причем использовали емкости двух размеров: размер «М» - 10,5х13х6,5 см3 и размер «Б» - 12,5х17х6,5 см3. Проверку фитотоксичности насыщенного НС осуществляли, опираясь на [8]. Для выравнивания условий освещения лотки ежедневно перемещали, меняя местами со сдвигом на один лоток влево, и вращая их на 180 ° по часовой стрелке.
Результаты и их обсуждение. На рис. 1 показаны полученные данные энергии прорастания редьки масличной (проведено 1800 измерений).
Дни
Рис. 1. Энергия прорастания редьки масличной.
Представленные на рис. 1 результаты показывают, что энергия прорастания зерен редьки масличной в водных вытяжках из насыщенного нефтью НС (ДГСК) всегда меньше, чем энергия прорастании в чистой водопроводной воде. Причем чем больше концентрация нефтепродуктов, тем энергия прорастания ниже, снижение энергии прорастания достигает 13 % на второй день наблюдений, затем незначительно сокращается. Все корни у проростков, проращивание которых проводилось с использование водных вытяжках из отработавшего сорбента, были покрыты в той или иной степени черной плесенью.
На рис. 2 представлены результаты энергии прорастания овса посевного.
&
я
Г)
5 Контроль ЗЕ 33 %
Ж 66 % Ж 100 %
12 3 4
Дни
Рис. 2. Энергия прорастания овса посевного.
На энергию прорастания овса посевного водные вытяжки оказывают, по сравнению с редькой масличной, меньший эффект, почти исчезающий на четвертый день наблюдений. Но эффект совпадает с результатами, полученными для редьки масличной, чем выше концентрация вытяжки из насыщенного НС, тем энергия проращивания ниже, к четвертому дню проращивания разница в энергии прорастания не превышает 3 %.
На рис. 3 и рис. 4 показаны средняя длина корней и побегов у семян овса посевного по истечении четырех суток после начала их проращивания (1200 измерений).
Я 60
40
20
0
Рис. 3. Средняя длина корней у семян овса посевного.
Рис. 4. Средняя длина побегов овса посевного.
Полученные результаты показали, что длина побегов и корней у семян овса посевного, проращиваемых в смоченных чистой водой фильтрах, была больше, чем при наличии вытяжки из приготовленной смеси НШ с НС. Причем наблюдался максимум этого влияния (уменьшение и длины корней и длины побегов) при 66 % вытяжки, снижение составило 13 % у корней и 50 % у побегов. Примечательно, что количество зеленых побегов было наибольшим на второй день проращивания в пробах со 100 % вытяжкой.
Определение всхожести.
Результаты всхожести овса посевного и редьки масличной представлены в табл. 1 и 2.
Таблица 1. Всхожесть овса посевного.
Сутки Всхожесть, емкость «Б», % Всхожесть, емкость «М», %
контроль | опыт контроль | опыт
0 посев
1 70 70 83 100
2 100 95 100 100
3 100 100 100 100
Результаты всхожести овса посевного показывают, что внесение насыщенного НС в указанных количествах не оказывает влияния на его всхожесть.
Таблица 2. Всхожесть редьки масличной.
Сутки Всхожесть, % Всхожесть, %
Контроль | Контроль Опыт | Опыт
0 посев
4 0 0 12,5 12,5
5 25,0 0 18,7 18,8
7 50,0 12,5 31,3 37,5
10 56,3 12,5 43,8 43,8
10 34 44
Внесение насыщенного НС увеличивает всхожесть редьки масличной по сравнению с контрольными посевами на 10 %.
Измеренная длина побегов и сухой массы корней и ростков (с периодичностью в семь дней в течение четырех недель) показывает, что итоговая масса побегов оказалась на 10 % больше массы побегов в контрольных лотках (без внесения насыщенного нефтесорбента), а масса корней на 23 % больше, чем массы корней в контрольных посевах. Длина корней и побегов также превышала аналогичные показатели контрольных посевов овса. На основании проведенных исследований можно делать вывод об отсутствии фитотоксичности рассматриваемого насыщенного НС во внесенных в почву количествах, равных 23 г/м2.
Таким образом, если в результате чрезвычайной ситуации с разливов нефти массой 200 кг (наиболее часто встречающееся количество разлившихся нефтепродуктов) и применения НС на основе ДГСК, количество отходов с доведением в них концентрации нефти до 20 % составит 1 т, тогда для ее безопасной утилизации естественными почвенными возможностями необходима площадь 4 га.
Таблица 3. Длина и сухая масса побегов овса посевного (апрель).
Образцы 7 дней после всходов 14 дней после всходов
Длина побега, мм Масса одного побега, г Длина побега, мм Масса одного побега, г
Опыт «Б» 9,3±0,9 0,0257 46,4±2,9 0,1787
Контроль «Б» 9,1±0,6 0,0167 47,5±5,1 0,2005
Опыт «М» 9,5±0,7 0,0229 45,8±9,2 0,1903
Контроль «М» 9,5±0,6 0,0213 44,5±11,9 0,1925
Из результатов, представленных в табл. 3 следует, что по истечение 7 дней в больших емкостях выявлено положительное влияние, при внесении насыщенного нефтесорбента, на рост побегов как по длине - 3 %, так и по массе - 34 %, в малых емкостях это влияние положительное, но более слабо выражено и составляет по длине 0,6 %, а по массе 0,1 %. Такое явление было замечено многими авторами, при переходе на большие объемы почвы при одинаковой концентрации полютанта, его влияние на фито-объект снижается. По истечение 14 дней положительное влияние исчезает в больших емкостях и остается в малых.
Выводы. Внесение небольшого количества отработавшего НС на основе ДГСК приводит к незначительному повышению продуктивности наземной части овса посевного. Одно из необходимых условий ассимиляции нефтяных разливов это разделение его на возможно мелкие частицы, возможность повышения общей поверхности контакта нефтяных соединений с атмосферой и, водой и микроорганизмами, что обеспечивается при использовании НС на основе ДГСК. На основании проведенных исследований можно делать вывод об отсутствии фитотоксичности рассматриваемого насыщенного НС при внесении его в почву количествах, не превышающих исследуемые величины, а именно не более 23 г/м2.
Список литературы
1. Собгайда Н.А., Ольшанская Л.Н. Сорбенты для очистки вод от нефтепродуктов. Саратов: Саратовский гос. технический ун-т, 2010. 107 С.
2. Назаров А.В. Микробно-растительное взаимодействие при нефтяном загрязнении дерновоподзолистых почв Пермского Предуралья.: Дис.... канд. биол. наук. Пермь, 2000. 142 с.
3. Иларионов С. А., Калачникова И.Г. Роль микромицетов в фитотоксичности нефтезагрязненных почв // Экология. 2003. № 5. С. 341-346.
4. Леонтьев А.А., Ким В.И. Новые методы закрепления и облесения песков // Защитное лесоразведение на песчаных территориях Средней Азии. Ташкент: СредазНИИЛ, 1973. С. 43-48.
5. Подгорнов А.С. Закрепление подвижных песков химическими способами // Природные условия и ресурсы пустынь СССР, их рациональное использование. М.: 1984. С. 402-406.
6. Локтионов М.Ю. Экологические аспекты применения нейтрализованного фосфогипса на лугово-черноземной почве в сельскохозяйственном производстве Краснодарского края.: Дис. ... канд. биол. наук. Москва, 2013. 137 с.
7. ГОСТ 12038-84. Семена сельскохозяйственных культур. Методы определения всхожести.
8. ГОСТ Р ИСО 22030-2009 Качество почвы. Биологические методы. Хроническая фитотоксичность в отношении высших растений.
