CC BY
56
УДК 502.662.2
И. А. Яппаров, А. Я. Давлетшина, И. А. Дегтярева, А. Х. Яппаров
ИЗУЧЕНИЕ ФИТОТОКСИЧНОСТИ ПОЧВЫ, ЗАГРЯЗНЕННОЙ ДИЗЕЛЬНЫМ ТОПЛИВОМ
Ключевые слова: углеводороды, почва, загрязнение, фитотоксичность, микроорганизмы-деструкторы.
В статье представлены данные о деструкции углеводородов и фитотоксичности почвы, загрязненной 5% дизельным топливом, при ее рекультивации с использованием консорциумов аборигенных микроорганизмов-деструкторов (А и Б). Полученные результаты свидетельствуют, что важную роль в детоксикации поллютантов играет ризосфера растений, которая является областью активного развития микроорганизмов. Под воздействием небольших концентраций ДТ происходит стимуляция жизнедеятельности ризосферных микроорганизмов и соответственно процессы деградации поллютанта идут более интенсивно. При сравнении двух сообществ наименьшая токсичность и наибольшая деструкция углеводородов отмечена в вариантах с консорциумом Б.
Keywords: hydrocarbons, soil contamination, phytotoxicity, microorganisms-destructors.
The article presents data on the degradation of hydrocarbons and phytotoxicity of soil contaminated with 5% diesel fuel, with reclamation using indigenous consortium of microorganisms-destructors (A and B). The results suggest that an important role in the detoxification of pollutants plays the rhizosphe of plants, which is an area of active development of microorganisms. Under the influence of small concentrations of DT, stimulation of life activity rhizosphere microorganisms and therefore the degradation of the pollutant are more intense. When comparing two communities, the least toxicity and greatest destruction of the hydrocarbons observed in the variants with the consortium of B.
Введение
Масштабное углеводородное загрязнение и ежегодное расширение его площадей с возрастанием антропогенной нагрузки увеличивает актуальность и первостепенное значение проблемы охраны почвенных экосистем от нефтяного загрязнения. Почва, как компонент биосферы, обладая комплексом экологических и биоценологических функций, является уникальным природным телом, так как обладает огромной адсорбирующей способностью. Она аккумулирует в себе большую часть углеводородов, при этом изменяются ее физические, агрохимические и микробиологические характеристики [1, 2].
В настоящее время на заключительных этапах рекультивации активно используют
фиторемедиацию, которая является одним из наиболее перспективных и многообещающих экологически безопасных методов очистки почв и объектов, загрязненных нефтяными углеводородами [3-7].
Для оценки качества природных сред, в том числе состояния почв широко применяются методы биотестирования, в том числе фитотестирование. Метод фитотестирования основан на ответной реакции растений на негативное воздействие загрязняющих веществ. Фитотоксичность активно используется в качестве показателя, оценивающего уровень загрязнения почв углеводородами нефти. Метод фитотестирования способен давать достоверную информацию о качестве почв, обладает высокой чувствительностью, универсальностью, интегральностью и простотой [8].
Цель данного исследования - оценить фитотоксичность почвы, загрязненной дизельным топливом, при ее рекультивации с использованием консорциума аборигенных микроорганизмов-деструкторов.
Экспериментальная часть
Вегетационный опыт был заложен в ФГБНУ «Татарский НИИАХП» на типичном черноземе с яровой пшеницей сорта Экада-66 по схеме: 1) контроль (незагрязненная почва); 2) почва + дизельное топливо (ДТ) (5%); 3) почва + ДТ (5%) + мочевина; 4) почва + ДТ (5%) + растения; 5) почва + ДТ (5%) + сообщество А; 6) почва + ДТ (5%) + сообщество Б; 7) почва + ДТ (5%) + мочевина + сообщество А; 8) почва + ДТ (5%) + мочевина + сообщество Б; 9) почва + ДТ (5%) + растения + сообщество А; 10) почва + ДТ (5%) + растения + сообщество Б.
Микроорганизмы, входящие в сообщества А и Б, выделены из черноземной почвы Республики Татарстан. Консорциум А представлен штаммами Staphylococcus pasteuri S1-717, Micrococcus luteus М-171, Staphylococcus pasteuri S2-171. Консорциум Б состоит из штаммов Pseudomonas stutzeri P-1026, Achromobacter insolitus A-102, Achromobacter xylosoxidans A-10. Эти ассоциации проявили способность к активному росту в присутствии дизельного топлива, мазута, вакуумной газойли, гексана, фенола, толуола. Они активно развивались на средах с содержанием солей, консорциум А - до 3%, а сообщество Б - до 6%.
Почву загрязняли дизельным топливом в концентрации 5% от массы почвы. Консорциумы микроорганизмов-деструкторов углеводородов А и Б вносили из расчета 20 мл на вегетационный сосуд с титром 2,3-2,51012 кл./мл.; мочевину (CO(NH2)2) -0,15 г/кг почвы.
Вегетационный опыт проводили в теплице с естественным освещением в летний период. В ходе эксперимента растения поливали
деминерализованной водой, поддерживая влажность почвы на уровне 60% ППВ. Пробы почв отбирали в динамике (0, 10, 20, 30, 45, 60, 90 сут.) из всех
вариантов опыта. Отобранные образцы измельчали, просеивали через 2-3 мм сито и анализировали в течение 3-5 сут.
Фитотоксичность оценивали по воздействию водных вытяжек (в соотношении (по массе) почва:вода = 1:5) исследуемых почв на семена пшеницы [9]. Фитотестирование основывалось на сравнении длины и биомассы проростков и корешков исследуемой культуры в контрольных и опытных вариантах.
Токсичность рассчитывали по формуле:
Т=100 - О/К х 100%,
где О - длина (биомасса) проростков (корешков) в опыте, К - длина (биомасса) проростков (корешков) в контроле.
Определение концентрации углеводородов в почвенных образцах проводили в соответствии с ПНД Ф 16.1:2.2.22-98 «Методика выполнения измерений массовой доли нефтепродуктов в почвах и донных отложениях методом ИК-спектрометрии» [10].
Измерение всех параметров проводили в трехкратной повторности. Статистическую обработку результатов проводили с помощью электронных таблиц Excel и программы Origin 4.1.
Результаты и их обсуждение
При изучении фитотоксичности типичного чернозема в вегетационном опыте было установлено подавляющее действие углеводородов в варианте с загрязненной ДТ почве на развитие проростков и корешков, а также их биомассу на протяжении всего эксперимента.
Влияние почвенной вытяжки на длину проростков в вариантах с исследуемыми консорциумами-микроорганизмов деструкторов А и Б до 30 сут. оказывало отрицательное действие, однако после 45 сут. этот показатель возрастал на 6,0-26,0% по сравнению с контролем. Консорциум Б оказал больший положительный эффект (в 1,4 раза) по сравнению с сообществом А. Варианты с мочевиной и растениями яровой пшеницы на протяжении всего эксперимента оказали сопоставимый стимулирующий эффект. Выращивание растений, совместно с внесением сообществ уменьшало токсическое действие ДТ, однако наилучшее стимулирующее действие почвенной вытяжки отмечено на 90 сут. в варианте сообщество Б + минеральное удобрение (на 26%).
Положительное влияние почвенной вытяжки опытных вариантов на длину корешка отмечали спустя 45 сут. Необходимо отметить, что в вариантах с сообществом Б получены лучшие показатели. При выращивание растений пшеницы и внесении сообществ наблюдали положительную динамику: на 90 сут. в варианте сообщество А + растение длина корешка была на 11,0% выше контроля, а в варианте сообщество Б + растение на 15,0%. Следует выделить вариант сообщество Б + минеральное удобрение, где стимулирующее действие почвенной вытяжки на 5,0% было отмечено уже на 45 сут., и на 17,0%. - на 90 сут.
Влияние почвенной вытяжки опытных вариантов на биомассу проростков на 10 и 30 сут. отбора оказывало отрицательное действие. На 45 сут. в вариантах с внесением исследуемых сообществ (А и Б) отмечено небольшое положительное действие (до 9,0%). Наилучший стимулирующий эффект наблюдали в вариантах с внесением сообщества Б (до 23% стимуляции). Полученные результаты соотносятся с данными по длине проростков.
При изучении влияния почвенной вытяжки на массу корешка установлено, что большее активизирующее действие оказало сообщество Б на протяжении всего эксперимента. В вариантах с растениями и исследуемыми консорциумами данный показатель был выше, чем при использовании минеральных удобрений с сообществами.
Полученные результаты свидетельствуют, что важную роль в детоксикации поллютантов играет ризосфера растений, которая является областью активного развития микроорганизмов. Под воздействием небольших концентраций ДТ происходит стимуляция жизнедеятельности ризосферных микроорганизмов и соответственно процессы деградации поллютанта идут более интенсивно.
В вариантах с наименьшей токсичностью отмечено наибольшее снижение углеводородов к 90 сут.: при внесении сообщества Б на 59,0%, при выращивании пшеницы и внесении сообщества Б -на 61,4%, в то время как с сообществом А эти показатели составили 44,5%, а в варианте растение + сообщество А - 58,3%. Наиболее эффективное уменьшение углеводородов отмечено при совместном использовании сообщества Б с минеральным удобрением - на 73,1%, в то время как при внесении только мочевины - на 54,3%.
Таким образом, при сравнении двух сообществ наименьшая токсичность и наибольшая деструкция углеводородов отмечена в вариантах с консорциумом Б.
Литература
1. Н.А. Киреева. Вестник Башкирского университета. 14, 2, 391-394 (2009).
2. А.В. Баландина, Д.Б. Кузнецов. Успехи современного естествознания. Экология и рациональное природопользование. 4, 85-88 (2014)
3. S.P. Bizilli, Nat. Biotechnol. 18, 213-217 (2000).
4. Н.Л. Ларионова. Устойчивость растений к загрязнению почвы углеводородами и эффект фиторемедиации: Дис. ... канд. биол. наук - Казань. - 2005 - 153 с.
5. О.В. Турковская. Молекулярные основы взаимоотношений ассоциативных микроорганизмов с растениями. 180-208 (2005).
6. А.А. Шамаева. Исследование процессов биоремедиации почв и объектов, загрязненных нефтяными углеводородами: автореф. ... канд. биол. наук. - Уфа, 2007. - 24 с.
7. О.И. Якушева. Новый подход к обезвреживанию нефтешлама с целью последующей фиторемедиации / Казанск. гос. ун-т. - Казань. - 2006. - 16 с.
8. Л.П. Воронина. Экологические функции комплекса агрохимических средств и регуляторов роста растений в
агроценозе : автореф. дис. ... д-ра биол наук. М.: МГУ им. М.В. Ломоносова, 2009. 18 с.
9. Ф.К. Алимова. Методические указания к выполнению лабораторных работ по теме: Экология микроорганизмов. Казань: Изд-во КГУ. - 1993. - 42 с.
10. Методика выполнения измерений массовой доли нефтепродуктов в почвах и донных отложения методом ИК-спектрометрии. ПНД Ф 16.1:2.2.22-98. - М., 1998. -35 с.
© И. А. Яппаров - доктор биологических наук, врио директора ФГБНУ «Татарский научно-исследовательский институт агрохимии и почвоведения», профессор кафедры технологии мясных и молочных продуктов ФГБОУ ВО «Казанский национальный исследовательский технологический университет», niiaxp2@mail.ru; А. Я. Давлетшина - кандидат сельскохозяйственных наук, научный сотрудник отдела агроэкологии и микробиологии ФГБНУ «Татарский научно-исследовательский институт агрохимии и почвоведения», kindness2006@mail.ru; И. А. Дегтярева - доктор биологических наук, заведующий отделом агроэкологии и микробиологии ФГБНУ «Татарский научно-исследовательский институт агрохимии и почвоведения», peace-1963@mail.ru; А. Х. Яппаров - доктор сельскохозяйственных наук, профессор, научный руководитель Учреждения ФГБНУ «Татарский научно-исследовательский институт агрохимии и почвоведения», E-mail: niiaxp2@mail.ru.
© 1 A. Yapparov - dortor of biological science, Acting Director FGBNU «Tatar Scientific Research Institute of agricultural chemistry and soil sciences», professor of the department of meat and milk products technology "Kazan National Research Technological University", niiaxp2@mail.ru; A. Ya. Davletshina - Ph. D. of agricultural science, researcher of a department agroecology and microbiology Tatar FGBNU «Tatar Scientific Research Institute of agricultural chemistry and soil sciences», kindness2006@mail.ru; I A. Degtyareva - dortor of biology Science, head of a department agroecology and microbiology FGBNU «Tatar professor of the department of meat and milk products technology "Kazan National Research Technological University",Scientific Research Institute of agricultural chemistry and soil sciences», peace-1963@mail.ru; A. Kh. Yapparov - Doctor of Sciences, professor, research manager of FGBNU "Tatar Research Institute for Soil Science and Agricultural Chemistry», E-mail: niiaxp2@mail.ru.
Все статьи номера поступили в редакцию журнала в период с 15.06.16. по 25.08.16.
