CC BY
31
УДК 631.453
А. А. Утомбаева, А. М. Петров, Э. Р. Зайнулгабидинов, М. В. Мадякина, М. В. Шулаев
ИССЛЕДОВАНИЕ ТОКСИКОЛОГИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК НЕФТЕЗАГРЯЗНЕННОЙ ПОЧВЫ
В ПРОЦЕССЕ РЕКУЛЬТИВАЦИИ С ПРИМЕНЕНИЕМ БИОЛОГИЧЕСКИ АКТИВНЫХ ВЕЩЕСТВ
Ключевые слова: нефтепродукты, нефтезагрязненная почва, биологически активные вещества, гуминовый препарат,
«Мелафен», фитотоксичность, пшеница.
Проведены экспериментальные исследования перспективности применения биологически активных веществ в составе гуминового препарата и препарата «Мелафен» для детоксикации нефтезагрязненных почв. Определены эффективность биодеструкции нефтепродуктов, токсикологические характеристики исходных и обработанных исследуемыми препаратами нефтезагрязненных образцов дерново-подзолистой почвы на начальном этапе рекультивационных работ.
Keywords: oil products, oil contaminated soil, biologically active substances, humic preparation, "Melafen ", phytotoxicity, wheat.
Experimental studies of the prospects of using biologically active substances (humic and Melafen) for detoxification of oil contaminated soils were carried out. The effectiveness of biodegradation of petroleum products, the toxicological characteristics of initial and processed oil contaminated samples of sod-podzolic soils at the initial stage of remediation work are determined.
Введение
Наряду с позитивными моментами развития научно-технического прогресса нельзя не отметить негативные стороны данного процесса. Рост техногенного воздействия общества на природные объекты с каждым годом повышает актуальность работ, направленных на защиту окружающей среды. Нефть и нефтепродукты являются одними из наиболее опасных поллютантов, оказывающих токсическое воздействие на животных и растения.
Попадая в почву, нефть распространяется по поверхности, под действием гравитационных и капиллярных сил опускается вертикально вниз. Нефтяное загрязнение нарушает структуру почвы, изменяет ее физико-химические свойства: снижается гигроскопичность, увеличивается соотношение между углеродом и азотом (за счет углерода нефти), что приводит к ухудшению азотного режима, нарушению корневого питания растений. Нефтяное загрязнение почвы снижает всхожесть и скорость прорастания высших растений. Даже относительно слабое загрязнение почвы нефтью изменяет качественный и количественный состав почвенного микробоценоза, приводит к увеличению численности углеводородокисляющих микроорганизмов.
Изучение действия биологически активных веществ, в том числе используемых в сверхнизких концентрациях и которые по своим свойствам близки к природным регуляторам роста, представляет особый интерес для специалистов в области биотехнологии для решения задач в области защиты окружающей среды [1].
Целью исследования было изучение влияния биологически активных веществ - гуминового препарата и препарата «Мелафен» на скорость биодеструкции нефтепродуктов, а также токсикологические характеристики
нефтезагрязненной дерново-подзолистой
легкосуглинистой почвы в процессе её
рекультивации при различном нефтепродуктов в почве.
Материалы и методы
содержании
Объектом исследования являлась дерново-подзолистая легкосуглинистая почва. Почва предварительно подсушивалась, из него удалялись корни растений. Пробы просеивались через сита Винклера с диаметром ячеек 3 мм. Для получения опытных образцов в почву вносилась нефть, таким образом, чтобы начальное содержание нефтепродуктов в ней составляло 2,4 г/кг и 24,5 г/кг. Для проведения опыта использовались пластиковые ёмкости размером 8х11х7см, в которых содержалось по 950 г почвы.
При проведении лабораторных экспериментов по моделированию рекультивации нефтезагрязненных почв (НЗП) готовился 10% раствор гуминового препарата (ГП). В опытных вариантах производилась однократная обработка ГП в начале эксперимента, таким образом, чтобы его начальная концентрация в нефтезагрязненных образцах составляла 0,5, 1,0 и 3,0 г/кг. После внесения гуминового препарата нефтесодержащие почвы тщательно перемешивались. В качестве контроля использовались почвенные образцы, в которые вносилась аликвота дистиллированной воды. Для обработки НЗП препаратом «Мелафен» (М) готовился его раствор с концентрацией 10-4 г/дм3. Раствор вносился при тщательном перешивании из расчета на начальную концентрацию препарата в почве 10-6 г/кг. [3]. Исследования проводились в 8 вариантах опытов (табл. 1). В качестве контроля использовались почвенные образцы, содержащие нефтепродукты в вышеуказанных концентрациях.
Время проведения эксперимента составляло 30 суток. Влажность почвы поддерживалась на уровне 60% от полной влагоемкости. Температура окружающего воздуха составляла 23-25°С.
Результаты оценивались по изменению токсикологических свойств опытных образцов НЗП.
Таблица 1 - Варианты опытов
№ Варианты
1 Загрязненная почва без препаратов (контроль)
2 Загрязненная почва + ГП 0,5 г/кг
3 Загрязненная почва + ГП 1,0 г/кг
4 Загрязненная почва + ГП 3,0 г/кг
5 Загрязненная почва + М
6 Загрязненная почва + ГП 0,5 г/кг + М
7 Загрязненная почва + ГП 1,0 г/кг + М
8 Загрязненная почва + ГП 3,0 г/кг + М
При проведении фитотестирования использовали семена однодольных растений - Triticum vulgare (пшеница) со всхожестью 96 %. Норма высева семян в каждом параллельном определении составляла -20 штук. Количество высевов в контрольных и испытуемых пробах - 3. В качестве контроля использовалась почва, не подвергшаяся нефтяному загрязнению. Уровень фитотоксического действия НЗП на семена пшеницы определялся по отношению длины корней пшеницы опытных образцов к контрольному образцу. Критерием фитотоксического действия являлось уменьшение длины корней пшеницы в опытных вариантах более чем на 20% относительно контроля [2].
Постановка фитотоксикологических
экспериментов осуществлялась в лабораторных условиях при 16-ти часовом освещении «фитолампами» с интенсивностью 6000+1000 Лк. Для выравнивания условий культивирования местоположение вегетационных сосудов ежедневно меняли.
Определение суммарного содержания нефтепродуктов в почве проводили согласно ПНД Ф 16.1:2.2.22-98 [3].
Обсуждение результатов
При проведении рекультивационных работ на НЗП, принципиальным моментом является увеличение активности почвенного микробного сообщества, отвечающего за окисление нефтяных компонентов, снижение сроков проведения восстановительных работ.
В работе были использованы два биологических активных препарата: «Мелафен» и гуминовый препарат, внесение которых должно способствовать интенсификации процессов биодеструкции загрязняющих веществ, токсичности НЗП [4,5].
Экономически и экологически важным является определение минимально эффективной
концентрации гуминового препарата, оценка комбинированного действия испытуемых биологически активных веществ активность почвенного микробного сообщества.
Для решения поставленных задач были определены варианты опытов (табл. 1). Полученные результаты показали, что на 3 сутки после загрязнения опытных образцов нефтью при
концентрации нефтепродуктов 2,4 г/кг, в вариантах содержащих «Мелафен» (вариант 5) и «Мелафен»+ГП (варианты 6-8), длина корней пшеницы была в 1,5-1,6 раз больше, чем в НЗП без препаратов (рис. 1)
В вариантах, содержащих только ГП (варианты 2-4), токсическое действие нефти имело тот же уровень, что и НЗП без препаратов. Увеличение времени инкубации до 8 суток несколько нивелировало положительное действие
«Мелафена». Однако, и в этом случае корни проростков пшеницы в загрязненных образцах, содержащих только «Мелафен» или «Мелафен» в комбинации с гуминовым препаратом в концентрации 0,5 и 1,0 г/кг, были в 1,2-1,3 раза длиннее, что указывает на наличие протекторных свойств препарата «Мелафен», тогда как в варианте 2 токсическое действие нефтепродуктов не отличалось от варианта 1, а в вариантах 3 и 4 было выше, чем в контроле [5].
1 г i а 5 $ т «
Варианты
Рис. 1 - Изменение фитотоксических свойств нефтезагрязненных почв на начальном этапе рекультивационных работ при содержании нефтепродуктов в почве 2,4 г/кг
На 15 сутки эксперимента достоверный положительный эффект относительно контроля был зарегистрирован только в варианте 5 с препаратом «Мелафен» (рис. 1).
Отсутствие достоверного эффекта от внесения препаратов на 30-е сутки эксперимента, вероятно, связано со снижением содержания нефтепродуктов к 15-м суткам во всех вариантах до концентраций, ниже установленной ПДК для почв Республики Татарстан (1,5 г/кг) [6].
При содержании нефтепродуктов в испытуемых пробах в концентрации 25,4 г/кг в ходе 30-ти суточного эксперимента не выявлено положительное влияние испытанных препаратов на токсикологические свойства нефтезагрязненных почв, что, вероятно, связано, с ингибированием почвенной микрофлоры высокими концентрациями нефти, нарушением физико-химических
характеристик почвы (рис. 2).
Рис. 2 - Изменение фитотоксических свойств нефтезагрязненных почв на начальном этапе рекультивационных работ при содержании нефтепродуктов в почве 25,4 г/кг
Выводы
1. С целью уменьшения антропогенного воздействия на окружающую природную среду исследовано влияние гуминового препарата и препарата «Мелафен» на токсикологические характеристики почв и эффективность биодеградации нефтепродуктов на ранних этапах рекультивационных работ при разном содержании нефтепродуктов в почве.
2. Показано, что при начальном содержании нефтепродуктов в почве 2,4 г/кг на 15-е сутки эксперимента их содержание не превышает значения регионального ПДК при устранении токсического действия на пшеницу в вариантах 3, 5 и 8 к 30 суткам эксперимента.
3. Экспериментально продемонстрирована перспективность использования препарата «Мелафен» и комбинации «Мелафен» + гуминовый препарат в концентрации 0,5 г/кг для повышения активности аборигенной почвенной микрофлоры и
снижения техногенного воздействия нефтяных загрязнений при низком содержании нефтепродуктов в почве.
4. Показано, что в присутствии экстремально высоких концентраций нефтепродуктов в почве (25,4 г/кг) при применении испытанных препаратов на первых этапах после поступления загрязняющих веществ в почву положительный эффект не проявляется.
Литература
1. Биологическая очистка нефтезагрязненных почв Западной Сибири с применением препаратов «Мелафен» и <^уге^уте»:дис...канд. техн. наук / К. А. Захарова. -Казань, 2008. - 172 с.
2. ФР.1.39.2006.02264. Методика выполнения измерений всхожести семян и длины корней проростков растений для определения токсичности техногенно загрязненных почв: Федеральный реестр / Л.П. Капелькина [и др.]: СПб, 2009.-19 с.
3. ПНД Ф 16.1:2.2.22-98. Методика выполнения измерений массовой доли нефтепродуктов в минеральных, органогенных, органо-минеральных почвах и донных отложениях методом ИК- спектрометрии.
4. Влияние биологически активных веществ на токсикологические характеристики нефтезагрязненных почв в ходе их рекультивации / М.В. Мадякина, Е.Г. Полескова, М.В. Шулаев, А.М. Петров // Вестник Казанского технол. ун-та- 2014. №20.-С. 177-180.
5. Семенова А.А. Влияние применения биологически активных препаратов на токсикологические характеристики и деструктивную активность нефтезагрязненной почвы в ходе проведения рекультивационных работ/ А.А. Семенова, Э.Р. Зайнулгабидинов, М.В. Мадякина, М.В. Шулаев, А.М.Петров// Вестник технологического университета.-Казань: 2015, Т.18, №12, С 178-181.
6. Постановление Главного государственного санитарного врача по Республике Татарстан от 14 июля 1998 г. N 18 "О введении в действие предельно-допустимой концентрации (ПДК) нефтепродуктов в почвах Республики Татарстан".
© А. А. Утомбаева - студент КНИТУ, м.н.с. лаборатории экологических биотехнологий Института проблем экологии и недропользования АН РТ [email protected]; Э. Р. Зайнулгабидинов - к.б.н., с.н.с. лаборатории экологических биотехнологий Института проблем экологии и недропользования АН РТ, [email protected]; М. В. Шулаев - д-р техн. наук, профессор кафедры химической кибернетики КНИТУ, [email protected]; А.М. Петров - к.б.н., заведующий лабораторией экологических биотехнологий Института проблем экологии и недропользования АН РТ, [email protected]; М. В Мадякина -аспирант КНИТУ.
© A. A. Utombaeva - student master KNRTU, junior researcher of the Laboratory of Ecological Biotechnologies Research Institute for Problems of Ecology and Mineral Wealth Use of Tatarstan Academy of Sciences [email protected]; E. R. Zainulgabidinov - Cand. Sci. (Biol.), senior researcher of the Laboratory of Ecological Biotechnologies Research Institute for Problems of Ecology and Mineral Wealth Use of Tatarstan Academy of Sciences, [email protected]; M. V. Shulaev - Doctor of technical sciences (Full Professor), Professor of the Department of chemical Cybernetics, KNRTU, [email protected]; A. M. Petrov - Cand. Sci. (Biol), Head of the Laboratory of Ecological Biotechnologies Research Institute for Problems of Ecology and Mineral Wealth Use of Tatarstan Academy of Sciences, [email protected]; M. V. Madyakina - graduate KNRTU.
