CC BY
104
Киреева Н.А., Новоселова Е.И., Ерохина Н.И., Григориади А.С.
Башкирский государственный университет, Уфа
НАКОПЛЕНИЕ БЕНЗ(А)ПИРЕНА В СИСТЕМЕ «ПОЧВА - РАСТЕНИЕ» ПРИ ЗАГРЯЗНЕНИИ НЕФТЬЮ И ВНЕСЕНИИ АКТИВНОГО ИЛА
Приведены результаты модельных экспериментов по накоплению бенз(а)пирена растениями в загрязненных нефтью почвах. Отмечено, что накопление бенз(а)пирена растениями, оказавшимися в условиях нефтяного стресса, идет более быстрыми темпами, чем выращенными в присутствии поллютанта. При внесении в почву активного ила с предприятий нефтепереработки не происходило транслокации бенз(а)пирена в растения из самого ила.
Ключевые слова: нефтезагрязненная почва, активный ил, бенз(а)пирен, транслокация, сельскохозяйственные, декоративные и дикорастущие растения.
В настоящее время значительно возросла антропогенная нагрузка на все компоненты экосистемы. В условиях интенсивного развития нефтедобывающей, нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности в окружающую среду выделяется огромное количество поллютантов, среди которых особое место занимают различных полициклические ароматические углеводороды (ПАУ) [1]. Содержание в нефти полициклических ароматических углеводородов, по данным Ю.И. Пиковского [2], составляет 1-4%.
ПАУ могут поступать в почву напрямую в результате аварийных разливов и неправильной эксплуатации нефтедобывающего оборудования, а так же опосредованно при оседании загрязнителей на ее поверхности из атмосферы. Почва обладает исключительными аккумулирующими свойствами. Концентрация поллю-тантов, главным образом, происходит в верхних горизонтах почвы, которые являются основной средой обитания растений, что может привести к отравлению как сельскохозяйственных животных, так и самого человека. Таким образом, в условиях нехватки земельных ресурсов возникает проблема очистки и восстановления загрязненных участков для возвращения их в сельскохозяйственный оборот.
Для мониторинга качества растительного сырья в качестве индикатора используется бенз(а)пирен (БП), как наиболее токсичный представитель ПАУ, который обладает мутагенной и канцерогенной активностью и относится к веществам первого класса опасности [3]. Канцерогенное действие БП заключается во взаимодействием его метаболитов с белками и нуклеиновыми кислотами, что вызывает нарушения, ведущие к трансформации нормальных клеток в опухолевые [4].Исследова-
ниями ряда авторов показано, что БП в микродозах на уровне фона является биостимулятором роста растений, а в больших дозах угнетает их рост [5]. Причем, степень влияния на растения изученных полиароматических углеводородов, к каковым относится БП, соответствует их канцерогенной активности.
Целью исследования была оценка токсичности нефтезагрязненной почвы и безопасности активного ила биологической очистки сточных вод нефтехимических предприятий, используемого в качестве рекультивирующего фактора, по содержанию бенз(а)пирена в растениях.
Модельный эксперимент был проведен на образцах темно-серой лесной почвы, искусственно загрязненной товарной нефтью в концентрациях 1, 2, 6, 10% масс. В качестве объекта исследования выступали растения, используемые в питании человека и животных: яровая пшеница (Triticum aestivum L.), рожь (Secale cereale L.), ячмень (Hordeum distichon L.), гречиха (Fagopyrum esculentum L.), а так же пряные декоративные и дикорастущие растения зверобой (Hypericum perforatum L.), бархатцы (Tagetes erecta L.), базилик (Ocimum basilicum L.), дягиль лекарственный (Archangelica officinalis L.).
Влияние нефтяного загрязнения и внесения активного ила на растения оценивали по содержанию бенз(а)пирена (БП) в растительных тканях. Содержание БП определяли спектро-флуориметрическим методом [6] путем экстракции БП из навески растительного материала (1 г) однократно смесью н-гексана с гидрофильным органическим растворителем на ультразвуковой бане и дальнейшим концентрировании экстракта путем упаривания. Измерение содержания БП в концентрате осуществляли на спекрофлуориметре. Так как значения ПДК как
для БП, так и для других ПАУ, в продуктах питания не установлены, поэтому при обсуждении результатов приходилось ориентироваться на литературные данные [3] и результаты контрольных опытов.
Для анализов были отобраны сельскохозяйственные растения, изначально выращенные на нефтезагрязненной почве (пшеницы, ячмень, рожь в фазе колошения и гречиха в фазе созревания зерна) и также растения, выращенные на незагрязненной почве (базилик, зверобой, дягиль), но в дальнейшем залитой различными концентрациями нефти. На почве, обработанной активным илом выращивались капуста (Brassica oleracea L.), кукуруза (Zea mays L.), лук (Allium cepa L.), свекла (Beta vulgaris L.), картофель (Solanum tuberosum L.).
В таблице 1 представлены данные по содержанию БП в растениях, выращенных как на незагрязненных, так и на нефтезагрязненных почвах. Фоновые значения ПДК по БП в почве составляли 20 нг/г (или 0,02 мг/кг), а фоновое содержание БП в растениях составляло 50 нг/г (или 0,05 мг/кг).
Как видно из полученных результатов исследований, у всех исследуемых растений, выращенных на фоновой незагрязненной почве содержание БП в биомассе не превышала фоновые значения и даже было ниже. Превышение фоновых значений содержания БП в массе растений, в отличие от контрольных, наблюдалось при загрязнении почвы нефтью в концентрации 1%. При этом содержание БП в растениях пшеницы, ячменя, ржи, гречихи было выше в 2,5-3,0 раза, а у базилика, зверобоя, бархатцев, дягиля в 3,5-4 раза. Однако эти значения, за исключением содержания в растениях зверобоя и дягиля, не превышали региональный фоновый уровень для растений, но значительно превосходили этот показатель для почвы.
Увеличение содержания поллютанта в почве до 2% способствовало дальнейшему повышению транслокации БП в растения. При данной концентрации загрязнителя содержание БП во всех образцах растений превышало региональный фоновый уровень (50 нг/г): у растений пшеницы, ячменя, ржи, кукурузы в 1,21,5 раза, а в растениях базилика, зверобоя, бархатцев, дягиля в 2-3 раза. При загрязнении почвы нефтью в концентрации 6% количество БП перешедшего в растения увеличивалось в срав-
Таблица 1. Содержание бенз(а)пирена в растениях, выращенных на нефтезагрязненных почвах (нг/г)
Растение Концентрация нефти, %
0 1 2 6
Пшеница 13,2±3,0 40,1±2,0 62,1±3,0 197,0±9,0
Ячмень 16,4±0,8 42,1±2,0 65,0±3,1 295,0±12,0
Рожь 21,1±1,0 44,0±2,0 68,2±3,3 210,0±10,0
Гречиха 18,5±0,9 38,1±1,9 70,0±3,5 220,0±10,0
Базилик 10,5±0,5 45,0±2,5 105,0±5,0 270,0±10,0
Бархатцы 12,3±3,0 49,1±2,5 110,0±5,0 270,0±10,0
Зверобой 15,6±0,7 58,5±2,5 124,0±6,0 340,0±17,0
Дягиль 28±1,3 66,2±3,3 150,2±6,8 670±33,0
нении с этим показателем у растений, выращенных на незагрязненной почве в 15 раз у пшеницы, в 18 раз у ячменя, в 10 раз у ржи, в 12 раз у гречихи, и в 22-25 раз у растений базилика, зверобоя, бархатцев, дягиля.
В последнее время активно разрабатывается направление использование активного ила для рекультивации загрязненных почв [7,8]. Ил, как правило, обогащен микроорганизмами и питательными веществами почвы. Это позволяет восстановить почвенное плодородие и одновременно решить проблему утилизации биоотходов предприятия. Однако активный ил может содержать в себе поллютнты, в том числе БП.
В составе ила биологической очистки сточных вод нефтехимического завода в почву было внесено всего 0,5-1,3 мкг/кг БП, при ПДК 0,02 мг/кг. Превышение фоновых содержаний БП выявлено в 3 пробах растений из 28. Это незначительное отклонение от фонового уровня могло быть случайным. По результатам опыта (табл. 2) отмечено, что практически не накапливал БП картофель, появлялся в некоторых пробах свеклы столовой. Появление БП зарегистрировано в зеленой массе кукурузы и капусты, что, возможно, обусловлено попаданием БП из воздуха.
Как видно из полученных данных транслокация БП у растений (пшеница, ячмень, рожь, гречиха) изначально выращенных на нефтезагрязненной почве идет более медленными темпами, чем у растений (базилик, бархатцы, зверобой, дягиль), оказавшихся в условиях нефтяного стресса. Это, может быть, связано с возможной адаптацией к загрязнению растений первой группы, что приводит к частичному разрушению БП в самом растении или в почве, а это способствует снижению темпов его транслокации. Или же вырабаты-
Таблица 2. Содержание бенз(а)пирена в растениях, при внесении ила в почву, мг/кг
Концентрация ила в почве, г сух.в-ва/кг Концентрация БП в почве, мк/кг Кукуруза Капуста Лук Свекла Картофель
О О О О О О О
1,9 О,44 О,О3±О,ОО2 О,О1±О,ОО1 О О,О14±ООО1 О
3,? О,85 О,О3±О,ОО2 О,О2±О,ОО1 О О О
6,6 1,29 О,О3±О,ОО2 О,О1±О,ОО1 О О,О1±О,ОО1 О
ваются какие-то механизмы, препятствующие быстрому накоплению БП в растениях. Может быть в ризосфере злаков, где основными представителями являются бактерии рода Pseudomonas, идет более интенсивная деградация БП, чем в ризосфере дикорастущих растений, где в количественном отношении этих бактерий меньше. Интенсивная биодеградация БП бактериями рода Pseudomonas описаны А. Малаховской-Ютш с соавт. [9]. Таким образом, значительное содержание БП в фитомассе растений исключает возможность ее использования в качестве сельскохозяйственной продукции, корма для животных, а также в качестве сидерата.
Внесение активного ила нефтехимических предприятий в почвы до 35 т/га, что соответствовало превышению ПДК почвы по БП в 6-7 раз, не привело к аккумуляции растениями ПАУ, и количество бенз(а)пирена в растениях фактически соответствовало фоновому уровню. Так же результаты показали, что корнеплоды практически не накапливают в себе БП. Из чего следует, что тестирование активного ила биологической очистки сточных вод нефтехимических предприятий на растениях, используемых в пищу, подтвердили его относительную безопасность, что подтверждает возможности использования ила в качестве рекультивирующего фактора для восстановления плодородия загрязненных почв.
Список использованной литературы:
1. Янышева Н.Я. Источники и пути поступления полициклических ароматических углеводородов в среду обитания растений // Растения и химических канцерогены. Л.: Наука, 1979. С. 161-163.
2. Пиковский Ю.И. Природные и техногенные потоки углеводородов в окружающей среде. М.: Изд-во МГУ. 1993. 208с.
3. Бензапирен // Под ред. Н.Ф. Измерова. М.: ГКНТ, Центр международных проектов. 1983. Вып. 43. 31с.
4. Янышева Н.Я., Черниченко И.А., Баленко Н.В. Онкологические аспекты регламентирования бенз(а)пирена в продуктах питания// Гигиена и санитария. 2001. №2. С. 67-70.
5. Тонкопий Н.И., Розанова В.Я., Минц И.М. К вопросу о накоплении бенз(а)пирена в почве// Гигиена и санитария. 1973. №4. С. 112-113.
6. Трубникова Л.И., Трубникова Н.И., Бакиров А.Б. Способ экстракции полиароматических углеводородов из объектов с органической и органоминеральной матрицей: Пат. №2281480, РФ// Б.И. 2006, №22. С. 9.
7. Киреева Н.А., Новоселова Е.И., Хазиев Ф.Х. Использование активного ила для рекультивации почв, загрязненных нефтью// Почвоведение. 1996. №11. С. 1399-1403.
8. Киреева Н.А., Онегова Т.С., Жданова Н.В. Изучение возможности применения биопрепарата белвитамил для ускорения деструкции нефти в почве и водоеме// Биотехнология. 2003. №5. С. 77-80.
9. Малаховская-Ютш А., Покиньброда Т., Карпенко Е. Разложение Бенз(а)пирена почвенными микроорганизмами в присутствии гликолипидов, продуцируемых штаммом Pseudomonas sp. PS-17// Биотехнология. 2007. №3. С.69-73.
