CC BY
42
УДК 574.24
И. А. Дегтярева, А. Я. Хидиятуллина
ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ АБОРИГЕННОГО КОНСОРЦИУМА
МИКРООРГАНИЗМОВ-ДЕСТРУКТОРОВ УГЛЕВОДОРОДОВ
НА ТЕМНО-СЕРОЙ ЛЕСНОЙ ПОЧВЕ РЕСПУБЛИКИ ТАТАРСТАН
Ключевые слова: углеводороды, загрязнение, углеводородокисляющие микроорганизмы, консорциум, рекультивация, темно-
серая лесная почва.
Из нефтезагрязненных почв РТ выделен эффективный консорциум микроорганизмов-деструкторов Б, который в условиях вегетационного опыта на темно-серой лесной почве проявил высокую эффективность деструкции углеводородов до 76,4%. Его использование способствовало улучшению состояния нефтезагрязненной почвы (численность углеводородокисляющих, гетеротрофных микроорганизмов, микромицетов, респираторная активность).
Keywords: hydrocarbon, contamination, hydrocarbon-oxidizing microorganisms, consortium, recultivation, taupe forest soil.
From oil-contaminated soil Republic Tatarstan is chosen efficient consortium microorganism-destructor B, which in condition vegetation experience on taupe forest soil has shown high efficiency an hydrocarbon degradation before 76,4%. His use promoted the improvement of the condition oil-contaminated soil (the quantity count hydrocarbon-oxidizing, hydrocarbon-oxidizing microorganisms, micromicets, respiratory activity).
Введение
Экологические проблемы в регионах нефтедобычи и переработки связаны, в первую очередь, с загрязнением объектов окружающей среды нефтью. Благодаря высоким сорбционным свойствам почвы, нефтяные углеводороды способны аккумулироваться и сохраняться в ней длительное время, существенно преобразуя и значительно ухудшая свойства почвы и снижая ее биологическую активность. Один из наиболее распространенных способов рекультивации -очистка почв и грунтов путем внесения специальных культур микроорганизмов.
Цель работы - оценка эффективности аборигенного консорциума микроорганизмов-деструкторов углеводородов на темно-серой лесной почве Республики Татарстан.
Экспериментальная часть
Вегетационный опыт был заложен на темно-серой лесной почве по схеме: 1) почва (без растений); 2) почва + растения; 3) почва + дизельное топливо (ДТ) (5%); 4) почва + ДТ (5%) + аммиачная селитра; 5) почва + ДТ (5%) + растение; 6) почва + ДТ (5%) + сообщество Б; 7) почва + ДТ (5%) + растение + сообщество Б; 8) почва + ДТ (5%) + аммиачная селитра + растение; 9) почва + ДТ (5%) + аммиачная селитра + сообщество Б; 10) почва + ДТ (5%) + аммиачная селитра + растение + сообщество Б.
Объектом исследования служили консорциум Б; почва, загрязненная дизельным топливом в концентрации 5%; растения гороха сорта Варис; минеральное удобрение - аммиачная селитра (КН4Ш3).
На основании ранее проведенных экспериментов [1-3] был использован консорциум микроорганизмов-деструкторов Б, найденный в естественных условиях РТ и способный активно расти в присутствии нефтепродуктов до 12% от массы почвы и утилизировать различные
алифатические и ароматические углеводороды. Молекулярно-биологическими методами было установлено, что консорциум Б состоит из трех штаммов: Pseudomonas stutzeri, Achromobacter insolitus, Achromobacter xylosoxidans. Титр микроорганизмов, составляющих ассоциацию Б -2,5-1012 кл./мл.
Вегетационный опыт проводили в теплице с естественным освещением в летний период в 6 кг сосудах. В ходе эксперимента, который длился 90 суток, растения поливали деминерализованной водой, поддерживая влажность почвы на уровне 60% предельной полевой влагоемкости. После прореживания в каждом сосуде оставляли по 15 растений.
Пробы почв отбирали в динамике на 10, 21, 30, 45, 60, 90 сутки. Отобранные образцы измельчали, просеивали через 2-3 мм сито, хранили при естественной влажности в холодильнике (10°С) до использования в исследованиях.
Определение количества различных почвенных микроорганизмов проводили по общепринятым методикам [4, 5] на элективных питательных средах: углеводородокисляющие микроорганизмы (УОМ) - на среде Ворошиловой-Диановой; гетеротрофные бактерии - на мясо-пептонном агаре, микромицеты - на агаризованной среде Чапека. Численность микроорганизмов выражали в количестве колониеобразующих единиц (КОЕ) на 1 г почвы после ее высушивания при температуре 105°С [6]. Респираторную активность почвенного микробного сообщества оценивали путем титриметрического определения количества СО2, выделившегося после поглощения щелочью [7].
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» [8].
Измерение всех параметров проводили не менее чем в трехкратной повторности. Статистическую обработку результатов проводили с помощью электронных таблиц Excel и программы Origin 4.1.
Результаты и их обсуждение
В качестве показателя оценки состояния среды и интенсивности процесса очищения почвы от углеводородов использовалась численность УОМ, которая в незагрязненной серой лесной почве на протяжении всего эксперимента сохранялась на уровне 5,0-10,0 млн/г. В загрязненной почве количество этих микроорганизмов возрастало к 30 сут. (130,0 млн/г).
В этом варианте было отмечено снижение углеводородов на 32% (90 сут.) в результате самоочищения. При выращивании гороха на загрязненной почве численность УОМ также увеличивалась до 30 сут., затем практически не менялась до 90 сут. Содержание углеводородов при этом к концу эксперимента уменьшилось на 44,6%.
При внесении в почву консорциума Б уже на 20 сут. численность УОМ составила 140,0 млн/г и продолжала увеличиваться до 60 сут. В этом варианте содержание углеводородов за 90 сут. снизилось на 68,5%.
Необходимо отметить, что на серой лесной почве эффективная деструкция углеводородов отмечена в варианте горох + сообщество Б, где на 90 сут. количество углеводородов уменьшилось на 61,8%. По нашему мнению, растения гороха способствовали ускорению процессов деструкции углеводородов за счет создания оптимальных условий для развития УОМ.
При совместном использовании минерального удобрения и консорциума Б численность УОМ уже на 20 сут. была в 4,8 раза выше контроля и продолжала увеличиваться. В вариантах с внесением минерального удобрения максимальные показатели УОМ отмечены на 45 и 60 сут.
Содержание углеводородов при внесении минерального удобрения снижалось на протяжении эксперимента до 72,8%. В трех вариантах (аммиачная селитра + сообщество Б; минеральное удобрение + горох; одновременное использование всех трех компонентов) получены сопоставимые данные: на 30 сут. содержание углеводородов уменьшилось на 50,8-54,6%, а к концу эксперимента - на 70,8-76,4%. Таким образом, использование консорциума Б ускоряло процессы очистки темно-серой лесной почвы.
Численность гетеротрофных
микроорганизмов, являющаяся одним из диагностических показателей биологической активности почв, в начале эксперимента в незагрязненной почве и почве, загрязненной 5% ДТ, была практически одинаковой (39,5 и 31,0 млн/г, соответственно). В загрязненной почве численность гетеротрофов на 30 сут. увеличилась в 8,0 раз и сохранялась на этом уровне до 60 сут.
В варианте с горохом высокие показатели были отмечены на 30 сут. (339,0 млн/г).
При внесении в загрязненную почву консорциума Б уже на 10 сут. численность гетеротрофов составила 115,0 млн/г, а на 30 сут. возросла в 8,2 раза (946,0 млн/г).
При выращивании гороха и внесении ассоциации Б также на 10 сут. была отмечена высокая численность гетеротрофов, которая к 30 сут. увеличилась в 4,0 раза, а на 45 сут. - в 7,8 раз.
При внесении в загрязненную почву аммиачной селитры количество гетеротрофов на 10 сут. было максимальным (635,0-651,5 млн/г) и оставалось на этом уровне до 20 сут.
Во всех вариантах с консорциумом Б и аммиачной селитрой численность гетеротрофов была сопоставимо высокой на протяжении всего эксперимента.
Микромицеты универсальны по своему значению для формирования плодородия почвы и являются важнейшим компонентом почвенных экосистем. На темно-серой лесной почве их численность в динамике была ниже контрольных значений. Качественный состав представлен родами Mucor, Penicillum, Aspergillus, Alternaría, Fusarium, Trichoderma.
Уровень респираторной активности характеризует способность микробного сообщества минерализовать органическое вещество в почве и часто используется для характеристики деградации органического вещества при биоремедиации [9].
Респираторная активность серой лесной почвы, загрязненной дизельным топливом, сохранялась на уровне контроля (незагрязненная почва) до 20 сут. Максимальный уровень базального дыхания был достигнут только на 30-45 сут. В вариантах с горохом, а также при внесении сообщества Б увеличение интенсивности респираторной активности продолжалось до 30 сут.
При совместном использовании растений гороха и консорциума Б наблюдали стабильно высокий показатель базального дыхания. Рост респираторной активности в начале эксперимента (20-30 сут.), по-видимому, связан с повышением численности микроорганизмов, в первую очередь, углеводородокисляющих.
Внесение минерального удобрения активизировало «дыхательную» активную почвенных микроорганизмов - на протяжении 60 сут. уровень базального дыхания оставался высоким. Максимальные значения респираторной активности свидетельствуют о развитии в почве резистентных к углеводородам форм микроорганизмов.
Заключение
В вегетационном опыте на темно-серой лесной почве консорциум аборигенных углеводородокисляющих микроорганизмов Б проявил высокую эффективность деструкции углеводородов до 76,4%. Использование ассоциации Б способствовало также улучшению состояния нефтезагрязненной почвы по изученным биологическим параметрам (численность углеводородокисляющих, гетеротрофных
микроорганизмов, микромицетов, респираторная активность).
Таким образом, микроорганизмы-деструкторы углеводородов широкого спектра действия, составляющие консорциум Б, могут быть использованы для создания эффективных биотехнологии рекультивации загрязненных почв в конкретных природно-климатических условиях.
Литература
1. Дегтярева, И.А. Оценка влияния природных ассоциаций углеводородокисляющих микроорганизмов на состояние нефтезагрязненной почвы / И.А. Дегтярева, А.Я. Хидиятуллина // Ученые записки Казанского ун-та. - Казань, 2011. - Том 153, кн. 3. - С. 137-143.
2. Дегтярева, И.А. Рекультивация нефтезагрязненной почвы при использовании микроорганизмов-деструкторов и бентонита / И.А. Дегтярева, А.Я. Хидиятуллина // Вестник Казанского технологического университета. - Казань, 2012. - Том 15, №5. - С. 134136.
3. Дегтярева, И.А. Предпосевная обработка семян сельскохозяйственных культур диазотрофными и фосфатмобилизующими микроорганизмами // И.А.
Дегтярева, А.Х. Яппаров, Д.С. Дмитричева, С.К. Зарипова // Вестник Казанского технологического университета. - Казань, 2012. - Том 15, №7. - С. 133137.
4. Колешко, О.И. Экология микроорганизмов почвы. Лабораторный практикум / О.И. Колешко // Минск: Высшая школа. - 1981. - 175 с.
5. Методы почвенной микробиологии и биохимии / под ред. Д.Г. Звягинцева. М.: МГУ. - 1991. - 304 с.
6. Зенова, Г.М. Практикум по микробиологии почв / Г.М. Зенова, А. Л. Степанов, Н.А. Лихачева и др. // М.: Изд-во Моск. ун-та. - 2002. - 120 с.
7. Microbiological methods for assessing soil quality / ed. By J. Dloem, D.W. Hopkins, A. Benedetti // CABI Publishing. - 2006. - 307 p.
8. 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.
9. Maila, M.P. The use of biological activities to monitor the removal of fuel contaminants — perspective for monitoring hydrocarbon contamination: a review / M.P. Maila, Т.Е. Cloete // Int. Biodeterior. Biodegrad. - 2005. - V. 55. - P. 18.
© И. А. Дегтярева - д-р биол. наук, зав. лаб. агроэкологии и микробиологии ГНУ Татарский НИИАХП Россельхозакадемии, [email protected]; А. Я. Хидиятуллина - науч. сотр. той же лаборатории, [email protected].
© I. A. Dektyareva - doctor of the biological sciences, State scientific establishment is the Tatar scientific research institute of agrochemistry and pedology of Russian academy of agricultural sciences, [email protected]; A. Ya. Hidiyatullina - scientific worker, State scientific establishment is the Tatar scientific research institute of agrochemistry and pedology of Russian academy of agricultural sciences, [email protected].
