CC BY
73
УДК 504
DOI: 10.24411/1728-323X-2019-12038
ИЗМЕНЕНИЯ НЕКОТОРЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ПОЧВ И ГРУНТОВ ГОРОДА БАЛЫКЧЫ, ЗАГРЯЗНЕННЫХ НЕФТЕПРОДУКТАМИ ПОСЛЕ РЕМЕДИАЦИИ
Г. К. Эсенжанова, магистрант,
Институт естественных наук,
Кыргызско-Турецкий университет «Манас»,
ms.rapunsel@mail.ru,
Н. Э. Тотубаева, к. б. н., доцент,
Кыргызско-Турецкий университет «Манас»,
totubaevanurzat@gmail.com,
Ж. К. Токпаева, магистр,
Институт естественных наук,
Кыргызско-Турецкий университет «Манас»,
j.tokpaeva@gmail.com,
Г. Т. Талайбекова, магистрант,
Институт естественных наук,
Кыргызско-Турецкий университет «Манас»,
guljan9393@mail.ru,
К. А. Кожобаев, д. т. н., профессор,
Кыргызско-Турецкий университет «Манас»,
kojkanik@gmail.com,
г. Бишкек, Кыргызская Республика
В статье излагаются результаты исследования загрязненной нефтепродуктами супесчаной почвы г. Ба-лыкчы Кыргызской Республики до и после проведения биоремедиации почв, биопрепаратом, содержащим активные углеводородокисляющие штаммы бактерий Pseudomanas, Rhodoccocus, Flavobacterium. Установлены изменения в структуре и составе почв, в частности, почва заметно диспергируется, рН почвы после биоремедиации немного снижается. Содержание СО2 и гумуса при биоремедиации понижается на 5,8 и 30,7 %, а подвижной формы фосфора (Р2О5) и обменного калия (^О) после биоремедиации увеличиваются, соответственно, на 32,0 и 93,3 %. Длительный срок загрязнения почвы нефтепродуктами приводит к преобладанию бактерий, использующих органические и минеральные формы азота и даже сравнительно с фоновыми показателями их численность оказывается на порядок выше.
The article presents the results of the study of the oil-contaminated sandy loam soil of the town of Balykchy of the Kyrgyz Republic before and after bioremediation. The changes in the structure and composition of the soil have been established. In particular, the soil is noticeably dispersed, and the pH of the soil after bioremediation decreases slightly. The content of CO2 and humus during bioreme-diation decreases by 5.8 and 30.7 %, while the mobile form of phosphorus (P2O5) and exchangeable potassium (K2O) after bioremediation increase, respectively, by 32.0 and 93.3 %. In soil there are succession phenomena that are expressed in a change in the dominance of individual microorganisms actively functioning in the soil. The long term of soil contamination with oil products leads to the predominance of bacteria using organic and mineral forms of nitrogen, and even compared to the background indicators, their number is much higher.
Ключевые слова: биоремедиация, загрязнение грунта, штаммы, углеводородокисляющие микроорганизмы, механический состав.
Keywords: bioremediation, soil pollution, strains, soil structure, hydrocarbon oxidizing bacteria.
Введение. В современном обществе, пока широко использующем углеводородные энергоресурсы, одним из наиболее масштабных техногенных загрязнителей является нефть и продукты ее переработки. Нефть — это жидкое природное ископаемое, состоящее из большого числа высокомолекулярных углеводородов (УВ) разнообразного строения. Легкая фракция нефти, являясь наиболее подвижной ее частью, при попадании в почву, водную или воздушную среды, оказывает наиболее токсическое действие на живые организмы. Легкая фракция мигрирует по почвенному профилю и водоносным горизонтам, значительно расширяя ареал первичного загрязнения [1]. Уже на протяжении нескольких десятилетий в мире нефть и нефтепродукты являются превалирующими загрязнителями окружающей среды.
Попадая в почву, нефть оказывает как прямое, так и опосредованное влияние на биологическую активность почв [2]. При концентрации свыше 2 г на 1 кг почвы происходит необратимое угнетение растений. Основными источниками загрязнения водоемов углеводородами являются: бытовые и промышленные отходы (30 %), суда (27 %), естественные источники (24 %), аварии танкеров и нефтяных платформ (12 %), атмосферные осадки (7 %) [3]. Нефть и нефтепродукты оказывают негативное воздействие также на водные экосистемы: для гибели большинства речных рыб достаточно концентрации нефтепродуктов в 0,01 мг на 1 л пресной воды.
Из-за особого значения поверхностного слоя гидросферы в жизнедеятельности водной флоры и фауны загрязнение воды нефтью и нефтепродуктами наносит ущерб, превышающий другие виды воздействия на природу, образуя пленку, они снижают доступ кислорода к поверхности воды и уменьшают испарение с ее поверхности до 60 % [4].
Рис. 1. Объект исследования
В связи с возрастающим техногенным загрязнением окружающей среды увеличивается число местообитаний, в которых организмы находятся в экстремальных условиях [5]. Загрязнение почвы является одним из самых сложных видов техногенного воздействия на почвы [6]. Загрязнение нефтью и нефтепродуктами также приводит к нарушению естественных биоценозов, ухудшению агрофизических и агрохимических свойств почвы [7]. Известно, что в супесчаные и суглинистые почвы легкие фракции нефти могут проникать на глубину до 1,5—2,0 м, уничтожая все живое и подавляя биологическую активность почв [8].
Одним из эффективных методов очистки загрязненных нефтью и нефтепродуктами почв является метод биоремедиации. Так, ряд исследований показывает различную эффективность фито-ремедиации для местных условий различными растениями, разную способность штаммов микроорганизмов к деструкции нефти и нефтепродуктов и намного большую способность специально подбираемых различных консорциумов штаммов, чем индивидуальных штаммов. Метод биоремедиации, кроме очистки, может улучшать и агрофизические свойства почв [9, 10, 12, 13].
Целью настоящей работы было провести исследования по выявлению изменений в структурах и составе загрязненных нефтепродуктами супесчаных почв г. Балыкчы (Кыргызская Республика) после биоремедиации.
Объекты и методы исследования. Объектом исследования служила нефтезагрязненная почва г. Балыкчы (Кыргызская Республика) с координатами 42°27'13,44" северной широты, 76°12'12,91" восточной долготы (см. рис. 1) и пло-
щадью порядка 2300 м. По мнению экспертов, на сегодняшний день утечка горюче-смазочных материалов, в основном дизельного топлива или солярки, составила порядка 600 тонн. Если еще 14—15 лет назад расстояние от точки загрязнения до озера Иссык-Куль, основного курортного района Центральной Азии, было 350 метров, то в настоящее время расстояние составляет всего 30—40 метров. Глубина проникновения в отдельных местах достигает до 3,6 метра. Растительность на этом участке отсутствует, отдельные деревья уже засохли и безжизненны.
Отбор проб грунтов был произведен в городе Балыкчы. Почвенные образцы были отобраны на глубине 0—20 см с пробной площадки 1x1 м из пяти точек и объединены в общую пробу массой 400—500 г — согласно ГОСТ 17.43.01—83. Фоновый образец почвы был взят на расстоянии примерно 2000 м от исследуемого объекта. рН почвы измеряли универсальным иономером ЭВ-74, гумус почвы измеряли по методу Тюрина в модификации ЦИНАО. Влажность почвы определяли гравиметрическим методом, путем просушивания образца в сушильной печи при температуре 105 °С. Определение общего азота, валовых форм фосфора, калия — методом Мещерякова, механический состав почв определяли ситовым методом с использованием сит размером от 0,001 до 10,0 мм в Республиканской почвенной — агрохимической станции ГПИ «Кыргызгипрозем» при МСХППиМ КР.
Микробиологический анализ включал в себя определение следующих систематических и физиологических групп микроорганизмов: аммони-фикаторов — на мясо-пептонном агаре (МПА);
Из графика видно, что после биоремедиации наблюдается заметная диспергация частиц.
Определение валовых форм азота, калия, фосфора дают нам сведения об общем количестве того или другого элемента или того или иного соединения, не разграничивая их на усвояемые и неусвояемые. Поэтому, естественно предполагать, что почва, весьма обеспеченная тем или иным питательным веществом, согласно данным, полученным при валовом ее анализе, может оказаться весьма нуждающейся в усвояемых формах именно этого вещества. Результаты химических анализов почвы по некоторым элементам и веществам до и после биоремедиации приведены в табл. 1 и 2.
Из рассмотрения таблицы 1 видно, что до биоремедиации рН больше на 2 %, чем после биоре-медиации или, в абсолютных выражениях, почва «окисляется» с 7,50 до 7,35. Содержание СО2 и гумуса понижается на 1—1,5 % от общего содержания, соответственно, или на 5,8 и 30,7 % относительных процента. Содержание подвижной формы фосфора (Р2О5, мг/кг) и обменного калия (К2О, мг/кг), наоборот, после биоремедиа-ции резко увеличиваются, соответственно на 32,0 и 93,3 %.
В результате исследования влияния нефтяного загрязнения на комплекс почвенных микроорганизмов установлено, что солярка вызывает достоверное снижение численности и видового разнообразия всех групп микроорганизмов — за исключением углеводородокисляющих бактерий (таблица 2). Это связано с гибелью неустойчивых
Таблица 1
Результаты химических анализов почвы
№ п/п Место отбора рН СО2, % Гумус, % Подвижная форма фосфора (Р2О5), мг/кг Обменный калий (К2О), мг/кг
1 До биоремедиации 7,50 1,54 4,88 25,0 120,0
2 После биоремедиации 7,35 1,45 3,38 33,0 232,0
Таблица 2
Численность различных эколого-таксономических групп микроорганизмов
в исследуемых почвах
Наименование почвы Численность микроорганизмов, КОЕ г/почвы
Бактерии, х106 Актиномицеты, х105 Микроскопические грибы, х104
Загрязненный грунт Фон 60 76 60 694 34 24
До биоремедиации . После биоремедиации ~
Содержание фракций, % (размер частиц, мм)
Рис. 2. Гранулометрический состав почвы до и после биоремедиации
микроорганизмов, усваивающих минеральный азот — на крахмало-аммиачном агаре (КАА); микромицетов — на среде Чапека с рН = 5,6. Идентификацию микроорганизмов проводили по культуральным, морфологическим и физиолого-биохимическим признакам [5—8].
Результаты исследований и их обсуждение.
Обычно почва состоит из отдельных кусочков (агрегатов) разной формы и размера, которые называют механическими элементами и которые в воде распадаются на еще более мелкие элементы. Среди них по размерам выделяют песчаные частицы (1—0,05 мм), пыль (0,05—0,001 мм), ил (0,001—0,0001 мм), коллоиды (<0,0001 мм). Исследуемая почва до и после биоремедиации имела следующий механический состав (см. рис. 2).
групп или большинства микроорганизмов в результате токсического действия нефти. Возникают сукцессионные процессы, которые выражаются в изменении доминирования отдельных активно функционирующих в почве микроорганизмов. В нефтезагрязненной почве доминировали актиномицеты секции Cinereus, а также в незначительной численности отмечены секции Helvolo-Flavus и Albus, тогда как в фоновой почве преобладали секции Cinereus и Roseus. Основными представителями микроскопических грибов в загрязненной нефтью почве были роды Aspergil-lus, Fusarium и Penicillium.
После обработки почвы биопрепаратом, содержащим активные углеводородокисляющие штаммы бактерий Pseudomanas, Rhodoccocus, Flavobac-terium, отмечено преобладание групп бактерий над другими физиологическими группами микроорганизмов.
Заключение. Исследования загрязненной нефтепродуктами (соляркой) супесчаной почвы в черте города Балыкчы Кыргызской Республики
после проведения биоремедиационных работ показали улучшение свойств грунта, которое выражалось в заметном ее диспергировании, в особенности это касается ее самой крупной песчаной фракции частиц. Замечено влияние на рН почвы, которая до биоремедиации оказалась больше на 2 %, чем после биоремедиации или, в абсолютных выражениях, почва «окислилась» с 7,50 до 7,35. Содержание СО2 и гумуса при биоремедиации понизилось на 1—1,5 % от общего содержания, соответственно, или на 5,8 и 30,7 % относительных процента. Содержание подвижной формы фосфора (Р2О5, мг/кг) и обменного калия (К2О, мг/кг) после биоремедиации резко увеличились, соответственно, на 32,0 и 93,3 %. Длительный срок загрязнения почвы нефтепродуктами приводит к преобладанию бактерий, использующих органические и минеральные формы азота и даже сравнительно с фоновыми показателями их численность оказывается на порядок выше.
Библиографический список
1. Шамраев А. В., Шорина Т. С. Влияние нефти и нефтепродуктов на различные компоненты окружающей среды. Вестник ОГУ № 6 (100), 2009.
2. Кабиров Т. Р. Использование многоуровневой системы индикации биологической активности почв для оценки эффективности методов биорекультивации нефтезагрязненных территорий. Уфа, 2009.
3. Аренс В. Ж., Саушкин А. З., Гридин О. М., Гридин А. О. Очистка окружающей среды от углеводородных загрязнений. М.: Изд-во «Интербук», 1999. — 371 с.
4. Химия окружающей среды. Перевод с английского языка под редакцией А. Цыганкова. — Москва: Химия, 1982 г.
5. Ишкова С. В., Троц Н. М., Горшкова О. В. Влияние нефтяных установок на загрязнение почвенного покрова тяжелыми металлами и нефтепродуктами. 2012.
6. Терехова В. А. Микромицеты в экологической оценке водных и наземных экосистем. 2006.
7. Гилязов М. Ю. Изменение некоторых агрохимических свойств выщелоченного чернозема при загрязнении его нефтью. Агрохимия. — 1980, № 12.
8. Назарько М. Д., Шербаков В. Г., Александрова А. В. Перспективы использования микроорганизмов для биодеградации нефтяных загрязнений почв // Известия вузов. Пищевая технология. № 4, 2004 г. стр. 89—91.
9. Баутиста Э. Активность фитобиоремедиации нефтезагрязненных почв бактериальными консорциумами различных климатических зон // Автореф. Диссер. на соискание уч. степени кандидата биологических наук. 03.02.03 — микробиология. Казань, 2018. — 23 с.
10. Курицын А. В., Курицына Т. В., Катаева И. В. Биоремедиация нефтезагрязненных грунтов на технологических площадках. 2011.
11. Емельянова Е. К., Алексеев А. Ю., Шестопалов А. М., Забелин В. А. Экологические подходы к биорекультивации нефтезагрязненных грунтов и водоемов в условиях сибири. 2015.
12. Бабаев Э. Р., Мовсумзаде М. Э. Преобразование нефти в процессе ее микробиологической деградации в почве. 2009.
13. Бабаев Э. Р., Мамедова П. Ш., Кулиева Д. М., Мовсумзаде М. Э. Выбор активного микроорганизма — деструктора углеводородов для очистки нефтезагрязненных почв Балаханского месторождения. 2009.
CHANGES IN SOME INDICATORS OF SOILS AND GROUNDS OF THE TOWN OF BALYKCHY POLLUTED BY OIL PRODUCTS AFTER REMEDIATION
G. K. Esenzhanova, Master student, Institute of Natural Sciences, Kyrgyz-Turkish Manas University, ms.rapunsel@mail.ru; N. E. Totubaeva, Ph. D. (Biology), Associate Professor, Kyrgyz-Turkish Manas University, totubaevanurzat@gmail.com; Zh. K. Tokpaeva, M. Sc. (Biology), Institute of Natural Sciences, Kyrgyz-Turkish Manas University, j.tokpaeva@gmail.com; G. T. Talaibekova, Master student, Institute of Natural Sciences, Kyrgyz-Turkish Manas University, guljan9393@mail.ru; K. A. Kozhobaev, Ph. D. (Engineering), Dr. Habil., Professor, Kyrgyz-Turkish Manas University, kojkanik@gmail.com, Bishkek, Kyrgyz Republic
References
1. Shamraev A. V., Shorina T. S. Vliyaniye nefti i nefteproduktov na razlichnyye komponenty okruzhayushchey sredy. [Effect of oil and oil products on various environmental components]. Bulletin of the OGU. No. 6 (100). 2009. [in Russian]
2. Kabirov T. R. Ispol'zovaniye mnogourovnevoy sistemy indikatsii biologicheskoy aktivnosti pochv dlya otsenki effektivnosti metodov biorekul'tivatsii neftezagryaznennykh territoriy. [The use of a multi-level system for indicating the biological activity of the soil to assess the effectiveness of the methods of bioremediation of oil-contaminated areas]. Ufa, 2009. [in Russian]
3. Arens V. Zh., Saushkin A. Z., Gridin O. M., Gridin A. O. Ochistka okruzhayushchey sredy ot uglevodorodnykh zagryazneniy. [Cleaning the environment from hydrocarbon contamination]. Moscow, Izd-vo "Interbuk". 1999. P. 371. [in Russian]
4. Khimiya okruzhayushchey sredy. Perevod s angliyskogo yazyka pod redaktsiyey A. Tsygankova [Environmental Chemistry. Translation from English under the editorship of A. Tsygankov]. Moscow, Chemistry. 1982. [in Russian]
5. Ishkova S. V., Trots N. M., Gorshkova O. V. Vliyaniye neftyanykh ustanovok na zagryazneniye pochvennogo pokrova tyazhe-lymi metallami i nefteproduktami [Effect of oil installations on soil contamination with heavy metals and oil products]. 2012. [in Russian]
6. Terekhova V. A. Mikromitsety v ekologicheskoy otsenke vodnykh i nazemnykh ekosistem [Micromycetes in the ecological assessment of aquatic and terrestrial ecosystems]. 2006. [in Russian]
7. Izmeneniye nekotorykh agrokhimicheskikh svoystv vyshchelochennogo chernozema pri zagryaznenii yego neft'yu. [M. Yu. Gi-lyazov change of some agrochemical properties of leached chernozem when it is polluted with oil], Agrokhimiya. 1980. No. 12. [in Russian]
8. Nazarko M. D., Sherbakov V. G., Aleksandrov A. V. Perspektivy ispol'zovaniya mikroorganizmov dlya biodegradatsii neftyanykh zagryazneniy pochv. [Prospects for the use of microorganisms for the biodegradation of oil pollution of soils]. Izvestia vuzov, Pishevaya technologia. No. 4, 2004, 89—91. [in Russian]
9. Bautista E. Aktivnost phytobiopemediachii neftezagryznennyx pochv bakterialnimi konsorchiumami razlichnix klimatitechkix zon, Avtoreferat dissertachii na uch.stepeni kandidata biologicheskich nauk. 03.02.03 — mikrobiologia. Kazan, 2018, 23 s. [in Russian]
10. Kuritsyn A. V., Kuritsyna T. V., Kataeva I. V. Bioremediatsiya neftezagryaznennykh gruntov na tekhnologicheskikh plosh-chadkakh. [Bioremediation of oil-contaminated soils on technological sites]. 2011. [in Russian]
11. Emelyanova Ye. K., Alekseev A. Yu., Shestopalov A. M., Zabelin V. A. Ekologicheskiye podkhody k biorekul'tivatsii neftezagryaznennykh gruntov i vodoyemov v usloviyakh sibiri [Ecological approaches to the bioremediation of oil-contaminated soils and reservoirs in Siberia], 2015. [in Russian]
12. Babayev E. R., Movsumzade M. E. Preobrazovaniye nefti v protsesse yeye mikrobiologicheskoy degradatsii v pochve [Transformation of oil in the process of its microbiological degradation in the soil]. 2009. [in Russian]
13. Babaev E. R., Mamedova P. Sh., Kuliyeva D. M., Movsumzade M. E. Vybor aktivnogo mikroorganizma — destruktora ug-levodorodov dlya ochistki neftezagryaznennykh pochv Balakhanskogo mestorozhdeniya [The choice of an active microorganism — a destructor of hydrocarbons for the cleaning of oil-contaminated soils of the Balakhani field]. 2009. [in Russian]
