CC BY
103
УДК 579.66:579.26:579.87
ИЗВЛЕЧЕНИЕ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ ИЗ ТЕХНОГЕННО ЗАГРЯЗНЕННЫХ ГОРОДСКИХ ПОЧВ
Л. В. КОСТИНА,
кандидат биологических наук, старший инженер, Институт экологии и генетики микроорганизмов Уральского отделения Российской академии наук
(614081, г. Пермь, ул. Голева, д. 13),
А. В. ТИЩЕНКО,
магистрант, Пермский государственный национальный исследовательский университет
(614990, г. Пермь, ул. Букирева, д. 15),
М. С. КУЮКИНА,
доктор биологических наук, ведущий научный сотрудник, профессор, И. Б. ИВШИНА,
доктор биологических наук, заведующий лабораторией, профессор,
Институт экологии и генетики микроорганизмов Уральского отделения Российской академии наук
(614081, г. Пермь, ул. Голева, д. 13),
Пермский государственный национальный исследовательский университет
(614990, г. Пермь, ул. Букирева, д. 15)
Ключевые слова: антропогенно загрязненная почва, тяжелые металлы, очистка, Твин 60, Rhodococcus-биосурфактанты.
Потребность в цивилизованных технологиях очистки наземных экосистем, загрязненных тяжелыми металлами, трудно переоценить. Применение физико-химических методов ремедиации достигло своих пределов, и все большее значение приобретают способы биоремедиации как экологически безопасные и относительно недорогие. Биотехнологические методы очистки почв, загрязненных тяжелыми металлами, in situ с использованием микроорганизмов не подходят, так как бактериальные клетки неспособны свободно двигаться в почве. Использование сурфактантов, продуцируемых микроорганизмами (биосурфактантов), — потенциальная альтернатива для очистки почв, загрязненных тяжелыми металлами. Исследована возможность применения Rhodococcus-биосурфактантных комплексов для мобилизации и извлечения тяжелых металлов из антропогенно загрязненной тяжелыми металлами почвы г. Перми. Подтверждены преимущества Rhodococcus-биосуфактантов по сравнению с синтетическими сурфактантами, как то: высокая экологическая безопасность и повышенная функциональная активность. Эффективность извлечения ионов тяжелых металлов с помощью Rhodococcus-биосурфактантов (4 г/л) составила 21-100 % за период однократного их отмывания, что в 1,5-50,0 раз превышает таковую с использованием Твина 60. Rhodococcus-биосурфактанты способствуют увеличению подвижности и биодоступности тяжелых металлов для почвенных микроорганизмов. Rhodococcus-биосурфактантные комплексы могут быть рекомендованы для очистки почв, загрязненных тяжелыми металлами.
REMOVAL OF HEAVY METALS FROM CONTAMINATED SOILS
L. V. KOSTINA,
candidate of biological sciences, senior engineer,
Institute of Ecology and Genetics of Microorganisms of the Ural Branch of the Russian Academy of Sciences
(13 Goleva Str., 614081, Perm),
A. V. TISCHENKO,
master student, Perm State National Research University
(15 Bukireva Str., 614990, Perm),
M. S. KUYUKINA,
doctor of biological sciences, leading researcher, professor, I. B. IVSHINA,
doctor of biological sciences, head of laboratory, professor,
Institute of Ecology and Genetics of Microorganisms of the Ural branch of the Russian Academy of Sciences
(13 Goleva Str., 614081, Perm),
Perm State National Research University
(15 Bukireva Str., 614990, Perm)
Keywords: anthropogenically polluted soil, heavy metals, bioremediation, Tween 60, Rhodococcus-biosurfactants. Development of civilized technologies for heavy metal removals and elimination of heavy metal contamination aftereffects is of current interest. Analogous remediation of metal-contaminated soils is more complex because microbial cells or large exo-polymers do not move freely through the soil. The use of microbially produced surfactants (biosurfactants) is an alternative with potential for remediation of metal-contaminated soils. Rhodococcus-biosurfactants were used to enhance heavy metal mobilization and extraction from anthropogenically metal-contaminated soils of Perm. Advantages of Rhodococcus biosurfactants, such as ecological safety and increased functional activity compared to synthetic surfactants, are shown. Efficiency of extraction of heavy metal ions using Rhodococcus-biosurfactant (4 g/l) was 21-100 % for the period once their money, the ability of Rhodococcus-biosurfactants to remove heavy metals from soil was 1.5-50.0 times higher than that of a synthetic surfactant of suitable properties, Tween 60. Rhodococcus-biosurfactants increase in mobility and bioavailability of heavy metals for soil microorganisms. Rhodococcus-biosurfactants can be used for decontamination of heavy metal-polluted soils.
Положительная рецензия представлена В. Д. Белоноговой, доктором фармацевтических наук, профессором, заведующим кафедрой Пермской государственной фармацевтической академии.
www.avu.usaca.ru иу
В настоящее время степень загрязнения природной окружающей среды тяжелыми металлами (ТМ) в промышленных регионах РФ достигла критического состояния. Основными источниками загрязнения ТМ являются индустриальные заводы, специализирующиеся на добыче и переработке металлов, а также получении нефтепродуктов и синтезе химически опасных веществ. Металлы, в отличие от органических соединений, не могут деградировать, а лишь перераспределяются между отдельными компонентами природной среды, оседая в почве. Почва аккумулирует различные поллютанты широкого спектра и выступает природным буфером, контролирующим перенос химических элементов в атмосферу, гидросферу, литосферу и живые организмы. Накопление основной части загрязняющих веществ наблюдается преимущественно в гумусово-аккумулятивном почвенном горизонте в виде комплексов с неорганическими и органическими компонентами почвы [4]. Состав и количество удерживаемых в почве ТМ зависит от содержания глины, химического состава гумуса, кислотно-основных и окислительно-восстановительных условий, интенсивности биологического поглощения, сорбционной способности почвы. В условиях постоянного промывного режима, носящего естественный характер, реализуется потенциальная подвижность металлов, часть которых выносится за пределы почвенного профиля, вторично загрязняя грунтовые и подземные воды [10]. Природные экосистемы в результате комплексного воздействия ионов ТМ и широкого спектра других техногенных факторов претерпевают существенные изменения, такие как: развитие техногенных сукцессий в сторону пионерных стадий; снижение общей биомассы, численности и видового биоразнообразия; снижение продуктивности экосистем; деградация почвенного покрова, увеличение почвенной кислотности; снижение биологической активности; ухудшение почвенного плодородия и нарушение оптимального соотношения макро- и микроэлементов [3, 5].
Существующие способы очистки почвы от тяжелых металлов базируются в основном на использовании физико-химических приемов, которые не обеспечивают полноты их удаления. Необходимо отметить, что универсального метода очистки почв от данного вида загрязнений пока не существует. В частности, тотальное применение для этих целей химических соединений, представляющих собой токсичные вещества с низкой степенью деградабельности, таких как синтетические сурфактанты, только усугубляет загрязнение окружающей среды. Эффективность применяемой технологии очистки зависит от свойств почвы, степени адаптации произрастающих на ней растений и ряда других факторов. Более цивилизованные и менее зависимые от широкого спектра природно-климатических факторов способы очистки предполагают использование сурфактантов биогенного происхождения. Известно, что биосурфактанты биодеградабельны, обладают высокой функциональной активностью в экстремальных условиях окружающей среды, что делает их перспективными для разработки новых экологически безопасных технологий очистки почв от ТМ [8, 9, 12]. Биотехнологические методы очистки почвы от тяжелых металлов in situ с использованием живых организмов (бактерий и/или
микроскопических грибов) не подходят в данном случае по ряду причин (неспособность свободно двигаться в почве, сложность в извлечении их из почвы, опасность интродукции ввиду непредсказуемости поведения в природе) [11, 16, 17], помимо этого высокие концентрации ТМ в загрязненных почвах ин-гибируют жизнеспособность микроорганизмов [6].
Цель и методика исследований.
Цель настоящей работы — оценка возможности использования Rhodococcus-биосурфактантов для мобилизации и извлечения ТМ из антропогенно загрязненной почвы.
Выбор биосурфактантов, продуцируемых ал-канотрофными родококками, обусловлен тем, что Rhodococcus-биосурфактанты в 10-1000 раз менее токсичны, чем синтетические сурфактанты (стеарат сукрозы DK50; корексит 9597; инипол ЕАР22; фина-зол OSR-5) и 2-10 раз, чем трегалозо- и рамнолипиды из R. erythropolis и Pseudomonas aeruginosa [13, 14], что делает применение их экологически безопасным.
Образцы почв отбирали вблизи промышленных предприятий, действующих в Дзержинском (7ПП), Индустриальном (1ПП, 61 II I, 111111), Кировском (101И1), Мотовилихинском (4I II I), Орджоникид-зевском (2I II I, 51111, 91111) и Свердловском районах (3ПП, 811) города Шрми в период с 27 июня по 05 июля 2013 г. поверхностным способом с соблюдением правил антисептики из верхнего (0-20 см) слоя почвы. Результаты проведенного анализа почвенных образцов на влажность, показатель активной кислотности и содержание кислото- и водорастворимых соединений ТМ (Cd, Cr, Cu, Fe, Ni, Pb, Zn) представлены в табл. 1, 2. Указатель активной кислотности отобранных образцов почвы определяли методом [10] с помощью милливольтметра рН-150 М (Гомельский ЗИ1, Беларусь) со стеклянным электродом. Относительную влажность (W) почвы определяли методом высушивания исследуемых образцов [1].
В работе использовали чистую культуру Rhodococcus ruber ИЭГМ 231 из Региональной профилированной коллекции алканотрофных микроорганизмов (официальный акроним коллекции ИЭГМ, номер во Всемирной федерации коллекций культур 768; www.iegm.ru/iegmcol) [7]. Неочищенные Rhodococcus-биосурфактантные комплексы глико-липидной природы, продуцируемые родококками в жидкой минеральной среде с н-додеканом (С12) или н-гексадеканом (C16) (3 об. %), получали методом [15].
Эксперименты по извлечению ионов ТМ из почвенных образцов (20 г) проводили в колбах Эрлен-мейера (объемом 250 мл) в течение 7 сут. с помощью растворов (80 мл) неочищенных Rhodococcus-биосурфактантов (4 г/л воды) и синтетического сур-фактанта Твина 60 (170 мг/л воды). Концентрация биосурфактантов соответствовала 3 критическим концентрациям мицеллообразования (3 ККМ). В качестве контроля использовали дистиллированную воду. Отмывание ТМ из почвы проводили на орбитальном шейкере в течение 7 сут. (140 об./мин, 28 °С). Количественное определение водо- и кис-лоторастворимых форм ТМ осуществляли с помощью атомно-абсорбционного спектрометра AA-6300 (Shimadzu, Япония). Все эксперименты проводили в трехкратной повторности. Статистическую обработку результатов осуществляли традиционными мето-
Таблица 1
Характеристика отобранных образцов почвы
№ пробы Место отбора Визуальная характеристика Вид растений рН W, %
1ПП Р-н деятельности ООО «Завод спецтехники УРАЛЛЕ-СПРОМ», ул. Верхнемуллин-ская, д. 132 / Металлы и сплавы Суглинистая почва буро-коричневого цвета с шоколадным оттенком; однородная, рассыпчатая, диаметр комков от 5 до 20 мм Arctium tomentosum, Urtica dioica 8,4 3,0
2ПП Р-н деятельности ООО «Втор-чермет Нлмк», ул. Соликамская, д. 283 / Металлургия Дерново-подзолистая почва буро- коричневого цвета с сизым оттенком; однородная, рассыпчатая, диаметр комков от 2 до 30 мм Bromus inermis, Carex capillaris, Convolvulus arvensis, Poa pratensis 7,9 6,5
3ПП Р-н деятельности ООО «Производственный цех», ул. 1-ая Бахаревская, д. 53 / Производство металлических дверей и ворот Песчано-подзолистая почва, пепельно-сизого цвета; много мелких камней, не комковатая, сухая, Arctium tomentosum, Carex capillaris, Convolvulus arvensis, Plan- 7,7 5,0
рассыпчатая, однородная tago media
4ПП Р-н деятельности ОАО «Мо- товилихинский завод», ул. 1905 года, д. 35 / Металлургия Дерново-подзолистая почва темно-коричневого цвета с сизым оттенком; сухая, рассыпчатая, комковатая Carex capillaris, Plan-tago media, Urtica dioica 8,2 4,6
Дерново-подзолистая почва
5ПП Р-н деятельности ОАО «Кам-текс-полиэфиры», ул. Соликамская, д. 293 / Химическая промышленно сть темно-коричневого цвета с сероватым оттенком; сухая, рассыпчатая, комковатая с наличием камней и сухими остатками корневой системы растений Смесь злаковых растений, Carex capillaris 8,0 3,9
6ПП Р-н деятельности ООО «Лукойл-Пермьнефтеоргсин- тез», ул. Промышленная, д. 84 / Нефтеперерабатывающее предприятие Песчано-суглинистая, комковатая почва коричневого цвета с рыжеватым оттенком; сухая, рассыпчатая, диаметр комков от 2 до 15 мм Имеются остатки корневой системы растений 7,5 9,9
7ПП Р-н деятельности ПермГорЭ-лектро Транс МУП «Красный Октябрь», ул. Трамвайная, д. 3 / Трамвайное депо Песчаная дерново-подзолистая почва коричневого цвета; рассыпчатая, сухая, диаметр комков до 30 мм, имеются камни Carex capillaris, Convolvulus arvensis, Populus tremula 6,6 4,8
8ПП Р-н деятельности ЗАО «Пермские моторы», ул. Комсомольский проспект, д. 93 / Инструментальный завод Легкий суглинок темно-коричневого цвета с шоколадным оттенком; комковатый, сухой, присутствуют крупные камни и растительные остатки, диаметр комков до 10 мм Arctium tomentosum, Carex capillaris Urtica dioica 6,9 9,9
9ПП Р-н деятельности ОАО «Машиностроитель», ул. Ново-звягинская, д. 57 / Машиностроительный завод Суглинистая дерново-подзолистая почва темно-коричневого цвета; сухая, однородная с большим количеством камней разного диаметра, имеются сухие растительные остатки, диаметр комков до 7 мм Alchemilla vulgaris, Arctium tomentosum, Carex capillaris, Heracleum sosnowskyi, Urtica dioica 7,0 1,4
Р-н деятельности ЗАО Перм- Песчаная дерново-подзолистая почва темно-коричневого цвета Имеются остатки кор-
101Ш ский пороховой завод, ул. Гальперина, д. 11 с шоколадным оттенком; комковатая, сухая, рассыпчатая, диаметр комков до 30 мм, есть вкрапление песка невой системы растений 6,9 3,2
11ПП Р-н деятельности ЗАО «Сибур Химпром», ул. Промышленная, д. 98 / Химическая промышленность Песчано-суглинистая почва сизо-коричневого цвета с песчаным оттенком, сухая, рассыпчатая, комковатая, диаметр комков до 30 мм, имеются мелкие камни Имеются остатки корневой системы растений 7,1 0,5
дами с помощью пакета компьютерных программ Statistica v. 10.0 (StatSoft, Inc., 2012) и Excel 2007.
Результаты исследований.
Изучение основных характеристик почвенных образцов, отобранных в разных районах города Перми, позволяет распределить их по степени распространенности ТМ в ряд: Свердловский > Мотовилихин-ский > Орджоникидзевский > Кировский > Дзержинский > Индустриальный р-н. Количественное содержание ТМ в отобранных образцах составляет www.avu.usaca.ru
от 0,1 до 563,0 мг/кг почвы (табл. 2), при этом превышение предельных концентраций ТМ по сравнению с санитарно-гигиеническими нормами, установленными Управлением Федеральной службы по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека по Пермскому краю [2], варьирует в диапазоне от 6 до 71 раза.
Как видно из рис. 1, извлечение ТМ из почвы, отобранной на территории Дзержинского района, составило от 14 (для цинка) до 93 % (для железа) с помо-
_Экология *
Таблица 2
Содержание ТМ в образцах почв, отобранных в зоне деятельности промышленных предприятий города Перми
№ Тяжелые металлы, мг/кг почвы
са Сг Си Бе N1 РЬ гп
1ПП 0,2 ± 0,01 30,6 ± 3,0 10,8 ± 0,8 561,5 ± 2,6 56,0 ± 2,5 26,8 ± 2,8 49,3 ± 1,0
2ПП 0,6 ± 0,04 19,0 ± 2,1 108,9 ± 8,4 562,0 ± 0,4 36,6 ± 3,4 46,7 ± 8,2 59,8 ± 0,4
3ПП 0 ± 0 200,8 ± 0,8 13,7 ± 0,1 554,7 ± 2,9 282,3 ± 4,1 9,5 ± 0,4 34,0 ± 5,9
4ПП 0,3 ± 0,03 43,5 ± 1,7 184,6 ± 2,6 563,0 ± 4,7 93,9 ± 8,5 134,2 ± 3,7 61,0 ± 0,2
5ПП 0,3 ± 0,02 23,9 ± 3,9 60,0 ± 10,3 552,8 ± 4,5 51,4 ± 3,3 47,2 ± 3,1 61,9 ± 1,0
6ПП 0,1 ± 0,01 18,2 ± 0,5 21,2 ± 0,2 556,4 ± 0,1 31,0 ± 1,5 9,0 ± 0 41,0 ± 0,7
7ПП 0,3 ± 0 14,1 ± 1,0 49,1 ± 0,9 537,9 ± 2,3 26,5 ± 1,9 31,1 ± 5,1 58,9 ± 0,03
8ПП 0,4 ± 0,01 43,8 ± 2,9 99,6 ± 7,2 553,2 ± 0,1 107,5 ± 6,3 52,4 ± 2,3 55,7 ± 1,1
9ПП 0,2 ± 0,04 8,7 ± 0,9 22,7 ± 2,2 548,6 ± 1,4 14,4 ± 1,7 11,8 ± 0,6 39,1 ± 2,9
10ПП 0,6 ± 0,04 14,8 ± 1,4 18,3 ± 3,7 533,9 ± 4,3 18,1 ± 1,3 64,7 ± 3,3 60,0 ± 1,5
11ПП 0,1 ± 0,03 10,3 ± 0,8 9,8 ± 0,4 535,8 ± 0,7 13,5 ± 0 4,9 ± 1,5 22,8 ± 1,3
н
щ
Я
«
И &
щ
«
о
и
120
100
80
60
40
20
Cd
Сг
Си
Fe
Ni
РЬ
Zn
Тяжелые металлы
Рисунок 1
Остаточное содержание ТМ в образце почвы (7ПП), отобранной в Дзержинском районе города Перми: 1 — исходное содержание ТМ; 2 — после отмывание почвы водой; 3 —Твином 60; 4 — Rhodococcus-биосурфактантами,
продуцируемыми родококками в присутствии С12; 5 — Rhodococcus-биосурфактантами, продуцируемыми родококками в присутствии С16.
* Статистически достоверно (р < 0,05) от контроля
120
ш В
X
«
М &
V
ч о
и
100
80
60
40
20
I
1 2
3
4
5
са
Сг
Си
Бе
N1
РЬ
Zn
Тяжелые металлы
Рисунок 2
Остаточное содержание ТМ в образце почвы (10ПП), отобранной в Кировском районе города Перми: 1 — исходное содержание ТМ; 2 — после отмывание почвы водой; 3 — Твином 60; 4 — Rhodococcus-биосурфактантами,
продуцируемыми родококками в присутствии С12; 5 — Rhodococcus-биосурфактантами, продуцируемыми родококками в присутствии С16.
* Статистически достоверно (р < 0,05) от контроля
0
0
100
и
Я
ев
ы &
и
«
о
и
Cd
Сг
Си
Fe
Ni
РЬ
Zn
Тяжелые металлы
Рисунок 3
Остаточное содержание ТМ в образце почвы (6ПП), отобранной в Индустриальном районе города Перми: 1 — исходное содержание ТМ; 2 — после отмывание почвы водой; 3 — Твином 60; 4 — КНойососсш-биосурфактантами, продуцируемыми родококками в присутствии С12; 5 — КНойососсш-биосурфактантами, продуцируемымиродококками
в присутствии С16. * Статистически достоверно (р < 0,05) от контроля
Таблица 3
Максимальное извлечение ионов ТМ из образцов техногенно загрязненных почв города Перми
с помощью биосурфактантов
ТМ Rhodococcиs-биосурфактанты, продуцируемые родококками в присутствии Твин 60 Вода (Контроль)
н-додекана н-гексадекана
са2+ 100,0 100,0 65,2 29,5
Сг3+, Сг6+ 78,8 100,0 75,7 0,0
Си2+ 71,6 99,7 49,7 9,7
Ре2+, ре3+ 92,1 10,0 92,5 28,2
№2+ 96,1 99,8 70,2 0,0
РЬ2+ 81,0 100,0 63,4 37,0
гп2+ 81,9 99,4 63,4 0,0
щью Rhodococcus-биосурфактантов, продуцируемых родококками при росте в среде с н-гексадеканом. Наиболее эффективная десорбция ТМ от компонентов почвенных частиц наблюдается для ионов Си2+, Бе2+, Бе3+, №2+ и РЬ2+.
На рис. 2 представлены результаты извлечения ТМ из образцов загрязненной почвы, отобранной в Кировском районе г. Перми. Наиболее эффективным действием обладает неочищенный препарат биосур-фактантов, продуцируемых родококками в среде с н-гексадеканом. Подобная закономерность выявлена и в отношении образцов почв, отобранных в других районах города, в частности Мотовилихинском, Ор-джоникидзевском и Свердловском. Количество ТМ, оставшихся в почве после отмывания Rhodococcus-биосурфактантами (продуцируемыми родококками при росте в среде с н-гексадеканом), составило до 0,6 мг/кг почвы.
Уровень извлечения ТМ с помощью синтетического сурфактанта Твина 60 и Rhodococcus-биосурфактантов, продуцируемых родококками в присутствии н-додекана, сопоставим в отношении таких ТМ, как Cd, Бе и РЬ (для Орджоникидзевского района). Однако следует отметить, что синтетический сурфактант (Твин 60) гораздо более токсичен, по сравнению с Rhodococcus--биосурфактантами [13, 14]. Подобной закономерности в интенсивности извлечения ионов ТМ не наблюдается для образцов почвы, отобранной на территории Индустриального
района (рис. 3). Оказалось, что эффективность извлечения ионов Си2+ и Zn2+ от компонентов почвенных частиц с помощью Твина 60 в 0,7 раз выше, по сравнению с таковой Rhodococcus--биосурфактантов. Следует отметить, что отмывания ионов хрома в данном образце почвы не происходило ни одним из использованных растворов (био)сурфактантов. По-видимому, это связано с образованием достаточно прочных комплексов ионов хрома с компонентами почвы. Использование эмульсии Rhodococcus-биосурфактантов, продуцируемых родококками при росте в жидкой минеральной среде с н-додеканом, обеспечивало извлечение из данного образца почвы ионов Cd2+ и РЬ2+ в 1,8 раз больше, по сравнению с таковым при использовании Твина 60. Менее эффективное извлечение ТМ из почвы (6ПП), отобранной на территории Индустриального района, по-видимому, можно объяснить более высоким содержанием в ней глины, ибо известно, что катионы ТМ связываются с глинистой поверхностью почвы с образованием достаточно прочных комплексов [10].
Как видно из табл. 3, максимальная степень извлечения ТМ из всех отобранных почвенных образцов наблюдается при использовании Rhodococcus-биосурфактантных комплексов. После обработки загрязненной почвы Rhodococcus--биосурфактантами некоторые ТМ (как водо-, так и кислоторастворимых форм) в ней не обнаруживаются с помощью метода атомно-абсорбционной спектрометрии. При этом
в водную эмульсию биосурфактантов переходит до 100 % ионов ТМ, содержащихся в загрязненной почве.
Выбор углеводородов для получения биосур-фактантных комплексов обусловлен тем, что в модельных экспериментах по десорбции углеводородов, входящих в состав сырых нефтей, с помощью Rhodococcus-биосурфактантов нами было установлено, что Rhodococcus-биосурфактанты, продуцируемые родококками при росте в жидкой минеральной среде с н-гексадеканом, обладают более высокой (до 1,5 раз) функциональной активностью при температурах от 22 oC и выше, но замерзают при температуре 15 оС, тогда как функциональная активность биосурфактантных комплексов, продуцируемых родококками в жидкой минеральной среде с н-додеканом, сохраняется в условиях низких температур (5-15 оС) [8]. Как видно из табл. 3, функциональная активность используемых в работе Rhodococcus-биосурфактантных комплексов, продуцируемых родококками в жидкой минеральной среде
с н-додеканом и н-гексадеканом, сопоставима для извлечения из техногенно загрязненных дерново-подзолистых, песчаных и суглинистых почв таких ионов ТМ, как Cd2+, Ni2+, Pb2+ и Zn2+.
Выводы. Рекомендации.
Получены положительные результаты использования Rhodococcus-биосурфактантных комплексов для извлечения ионов ТМ из антропогенно загрязненных дерново-подзолистых, песчаных и суглинистых почв. В условиях модельных экспериментов установлено, что эффективность очистки антропогенно загрязненной почвы от ТМ с помощью биосурфактантов от 1,5 до 50,0 раз выше, по сравнению с таковой при использовании синтетического сурфактанта Твина 60. Показано, что использование Rhodococcus-биосурфактантов в концентрации 4 г/л обеспечивает за период однократного отмывания эффективное (до 100 %) извлечение широкого спектра ТМ. Полученные результаты исследования могут быть использованы для решения проблем очистки и восстановления антропогенно загрязненных почв.
Исследования поддержаны грантами Программы фундаментальных исследований Президиума РАН «Живая природа: современное состояние и проблемы развития» (проект № 01201256869) и Министерства образования и науки Пермского края по поддержке научных проектов международной исследовательской группы ученых (Соглашение № С-26-206).
Литература
1. Вадюнина А. Ф., Корчагина З. А. Методы исследования физических свойств почвы. М. : Агропромиздат, 1986. 416 с.
2. ГН 2.1.7.2041-06. Почва, очистка населенных мест, отходы производства и потребления, санитарная охрана почвы. Предельно допустимые концентрации (ПДК) химических веществ в почве. М., 2006. 51 с.
3. Дабахов М. В., Дабахова Е. В., Титова В. И. Экотоксикология и проблемы нормирования. Н. Новгород : Изд-во ВВАГС, 2005. 165 с.
4. Джувеликян Х. А., Щеглов Д. И., Горубнова Н. С. Загрязнение почв тяжелыми металлами. Способы контроля и нормирования загрязненных почв. Воронеж : Издательско-полиграфический центр Воронежского государственного университета, 2009. 21 с.
5. Ившина И. Б., Костина Л. В., Каменских Т. Н., Жуйкова В. А., Жуйкова Т. В., Безель В. С. Почвенный микробиоценоз как показатель стабильности луговых сообществ при химическом загрязнении среды тяжелыми металлами // Экология. 2014. № 2. С. 83-90.
6. Ившина И. Б., Куюкина М. С., Костина Л. В. Адаптационные механизмы неспецифической устойчивости алкано-трофных актинобактерий к ионам тяжелых металлов // Экология. 2013. № 2. С. 115-123.
7. Каталог штаммов Региональной профилированной коллекции алканотрофных микроорганизмов / под ред. И. Б. Ив-шиной. М. : Наука, 1994. 163 с.
8. Костина Л. В., Куюкина М. С., Ившина И. Б. Биосорбция, аккумуляция и способы извлечения тяжелых металлов. LAP Lambert Academic Publishing, 2010. 254 с.
9. Костина Л. В., Куюкина М. С., Ившина И. Б. Методы очистки загрязненных тяжелыми металлами почв с использованием (био)сурфактантов (обзор) // Вестник Пермского государственного университета. 2009. Вып. 10. № 36. С. 95-110.
10. Орлов Д. С. Химия почв : учебник. М. : Изд-во МГУ 1992. 400 с.
11. Ayyasamy P. M., Chun S., Lee S. Desorption and dissolution of heavy metals from contaminated soil using Shewanella sp. (HN-41) amended with various carbon sources // J. Hazard. Mater. 2009. Vol. 161. P. 1095-1102.
12. Christofi N., Ivshina I. B. Microbial surfactants and their use in field studies of soil remediation // J. Appl. Microbiol. 2002. Vol. 93. P. 915-929.
13. Ivshina I. B., Kuyukina M. S., Philp J. C., Christofi N. Oil desorption from mineral and organic materials using biosurfactant complexes produced by Rhodococcus species // World J. Microbiol. Biotechnol. 1998. Vol. 14. Р. 711-717.
14. Kuyukina M. S., Ivshina I. B. Rhodococcus Biosurfactants : Biosynthesis, Properties, and Potential Applications // Biology of Rhodococcus / ed. by H. M. Alvarez. Berlin : Springer-Verlag, 2010. P. 292-313.
15. Kuyukina M. S., Ivshina I. B., Philp J. C., Cristofi N., Dunbar S. A., Ritchkova M. I. Recovery of Rhodococcus biosurfactants using methyl-tertiary butyl ether extraction // J. Microbiol. Meth. 2001. Vol. 46. P. 149-156.
16. Miller R. M. Biosurfactant-facilitated remediation of metal-contaminated soils // Environ. Health Perspectives. 1995. Vol. 103. P. 59-62.
17. Wolfaardt G. M., Lawrence J. R., Headley J. V., Robarts R. D. Microbial exopolymers provide a mechanism for bioaccumulation of contaminants // Microb. Ecol. 1994. Vol. 27. P. 279-291.
References
1. Vadunina А. F., Korchagina Z. A. Methods for research of physical properties of the soil. М. : Agropromizdat, 1986. 416 p.
2. GN 2.1.7.2041_06. Soil, Decontamination of Populated Areas, Production and Consumer Wastes, Sanitary Soil Protection. Maximum Allowable Concentrations (MACs) of Chemical Substances in the Soil. M. : Gossanepidnadzor, 2006. 51 p.
3. Dabahov M. V., Dabahova Е. V., Titova V. I. Ecotoxicology and rationing problems. N. Novgorod : VVАGС, 2005. 165 p.
4. Dguvelikyan H. А., Scheglov D. I., Gorbunova N. S. Heavy metal contaminated soils. Ways of control and rationing of polluted soils. Voronezh : VSU, 2009. 21 p.
5. Ivshina I. B., Kostina L. V., Kamenskikh T. N., Zhuikova V A., Zhuikova T. V, Bezel' V. S. Soil Microbiocenosis as an Indicator of Stability of Meadow Communities in the Environment Polluted with Heavy // Russian Journal of Ecology. 2014. № 2. P. 83-89.
6. Ivshina I. B., Kuyukina M. S., Kostina L. V Adaptive Mechanisms of Nonspecific Resistance to Heavy Metal Ions in Alkanotrophic Actinobacteria // Russian Journal of Ecology. 2013. Vol. 44. № 1. P. 123-130.
7. Regional Specialized Collection of Alkanotrophic Microorganisms : Catalog of Strains / ed. by I. B. Ivshina. M. : Nauka, 1994. 163 p.
8. Kostina L. V., Kuyukina M. S., Ivshina I. B. Heavy Metals : Biosorption, Accumulation, and Methods of Recovery. Lambert Academic Publishing, 2010. 254 p.
9. Kostina L. V., Kuyukina M. S., Ivshina I. B. Treatment proceducers for heavy metal-polluted soils using (bio)surfactants (review) // Bulletin of Perm University. Biology. 2009. Vol. 10. № 36. P. 95-110.
10. Orlov D. S. Soil chemistry. M. : MSU, 1992. 400 p.
11. Ayyasamy P. M., Chun S., Lee S. Desorption and dissolution of heavy metals from contaminated soil using Shewanella sp. (HN-41) amended with various carbon sources // J. Hazard. Mater. 2009. Vol. 161. P. 1095-1102.
12. Christofi N., Ivshina I. B. Microbial surfactants and their use in field studies of soil remediation // J. Appl. Microbiol. 2002. Vol. 93. P. 915-929.
13. Ivshina I. B., Kuyukina M. S., Philp J. C., Christofi N. Oil desorption from mineral and organic materials using biosurfactant complexes produced by Rhodococcus species // World J. Microbiol. Biotechnol. 1998. Vol. 14. P. 711-717.
14. Kuyukina M. S., Ivshina I. B. Rhodococcus Biosurfactants : Biosynthesis, Properties, and Potential Applications // Biology of Rhodococcus / ed. by H. M. Alvarez. Berlin : Springer-Verlag, 2010. P. 292-313.
15. Kuyukina M. S., Ivshina I. B., Philp J. C., Cristofi N., Dunbar S. A., Ritchkova M. I. Recovery of Rhodococcus biosurfactants using methyl-tertiary butyl ether extraction // J. Microbiol. Meth. 2001. Vol. 46. P. 149-156.
16. Miller R. M. Biosurfactant-facilitated remediation of metal-contaminated soils // Environ. Health Perspectives. 1995. Vol. 103. P. 59-62.
17. Wolfaardt G. M., Lawrence J. R., Headley J. V., Robarts R. D. Microbial exopolymers provide a mechanism for bioaccumulation of contaminants // Microb. Ecol. 1994. Vol. 27. P. 279-291.
