CC BY
7ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ И ПРИКЛАДНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ
Естественно-математические науки
УДК 58.04.
1 2 Алина Фаиловна Арсланова, Марсель Альфритович Мирзагитов, Александр
Евгеньевич Артюхин3, Елена Владимировна Михайлова 3
12 Башкирский государственный педагогический университет им. МАкмуллы, Уфа, Россия
Уфимский государственный нефтяной технический университет, Уфа, Россия 3Институт биохимии и генетики УФИЦ РАН, Уфа, Россия 1 User0124660@mail.ru 3mikhele@list. ru
Автор, ответственный за переписку: Арсланова Алина Фаиловна,
User0124660@mail.ru
ПОТЕНЦИАЛ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ВОДЯНОГО ОРЕХА TRAPA NATANS ДЛЯ ОЧИСТКИ ВОДОЕМОВ ОТ НЕФТЯНОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ
Аннотация. На сегодняшний день нефть и нефтепродукты признаны одними из главных загрязнителей окружающей среды. Нефтяной слой нарушает кислородный и углекислотный обмены на поверхности воды, уменьшает проникновение солнечного света, препятствует фотосинтезу в гидросфере, уменьшает теплопроводность и теплоёмкость воды. Перспективным направлением является биологическая очистка воды от нефтяного загрязнения. Высшее водное растение водяной орех (T. natans) известно своим фиторемедиационным потенциалом, в частности, способностью аккумулировать тяжелые металлы. Однако устойчивость этого растения к нефтяному загрязнению ранее не изучалась.
Нами было установлено, что в естественных условиях водяной орех наиболее эффективно накапливал биомассу при содержании нефти в воде, превышающем ПДК в 3 раза. В контролируемых условиях 5-кратное превышение ПДК оказывало стимулирующее воздействие на рост водяного ореха.
Ключевые слова: Trapa natans, фиторемедиация, нефтяное загрязнение
12 3
Alina F. Arslanova, Marcel A. Mirzagitov , Alexander Y. Artyukhin, Elena V. Mikhaylova 3
1,2 Bashkir State Pedagogical University named after M.Akmulla, Ufa, Russia 3 Ufa State Petroleum Technical University, Ufa, Russia Institute of Biochemistry and Genetics UFRC RAS, Ufa, Russia 1 User0124660@mail.ru 3mikhele@list.ru
Corresponding author: Alina Failovna Arslanova, User0124660@mail.ru
THE POTENTIAL OF USING WATER CALTROP TRAPA NATANS FOR OIL POLLUTION TREATMENT OF WATER BODIES
Abstract.. Nowadays, oil and petroleum products are considered one of the main environmental pollutants. The oil layer disrupts oxygen and carbon dioxide cycles on the water surface, reduces the permeability to sunlight, thermal conductivity and heat capacity of water, prevents photosynthesis in the hydrosphere. The biological purification is a promising method to
purify water from oil pollution. The higher aquatic plant water caltrop (T. natans) is known for its phytoremediation potential, in particular, the ability to accumulate heavy metals. However, the resistance of this plant to oil pollution has not been studied before.
We found that under natural conditions, the water caltrop most effectively accumulated biomass when the oil content in the water exceeded the threshold limit value (TLV) by 3 times. Under controlled conditions, a 5-fold excess of the TLV had a stimulating effect on the growth of the water caltrop.
Keywords: Trapa natans, phytoremediation, oil pollution
Нефть — это полезное ископаемое природного происхождения. При загрязнении водоемов часть производных нефти испаряется, некоторая часть остаётся на поверхности воды, и ещё одна часть, образуя совместно с водой дисперсию, медленно опускается на дно. Одним из способов биологической очистки воды является использование высших растений, так как они способны поглощать из воды органические и неорганические вещества, в том числе связывать токсичные соединения (Гуславский и др., 2015).
Высшее водное растение водяной орех (T. natans) известно своим фиторемедиационным потенциалом, в частности, способностью аккумулировать тяжелые металлы (Артюхин и др., 2021). Оно предпочитает сильно эвтрофицированные водоемы с повышенным содержанием железа и марганца (Михайлова и др., 2021). Однако устойчивость этого растения к нефтяному загрязнению ранее не изучалась. Его корни крепятся ко дну, розетки листьев располагаются на поверхности, а стебли - в толще воды, что обеспечивает контакт со всеми фракциями нефти. В связи с этим, водяной орех является перспективным фиторемедиатором при нефтяном загрязнении.
Для исследования устойчивости водяного ореха к нефтяному загрязнению в естественных условиях измеряли содержание нефтепродуктов в 7 водоемах, где он произрастает (Артюхин и др., 2019). В 6 водоемах не наблюдалось превышения содержания нефтепродуктов, тогда как в одном водоеме их концентрация в 3 раза превышала ПДК (Рис. 1). По 30 розеток водяного ореха измеряли линейкой и высчитывали средний размер розетки. Это значение оказалось наибольшим в том же водоеме, где наблюдалось нефтяное загрязнение. На основе полученных данных можно предположить, что водяной орех способен успешно накапливать биомассу при значительно превышающем ПДК содержании нефтепродуктов. Тем не менее, в естественных условиях на накопление биомассы могут влиять различные факторы, в связи с чем необходимо проводить исследования также в контролируемых условиях.
Рис. 1. Параметры нефтяного загрязнения в 7 озерах ореха и диаметры розеток водяного ореха.
местообитаниях водяного
В лабораторных условиях по 6 розеток водяного ореха, отделенных от корней, помещали в емкости с различными концентрациями нефтепродуктов (дистиллированную воду без добавления нефтепродуктов, а также воду с концентрацией нефтепродуктов, составляющей 5 ПДК и 15 ПДК) и оценивали жизнеспособность растений. Через две недели в емкости с концентрацией нефтепродуктов 15 ПДК осталась только одна живая розетка, в емкости с 5 ПДК — 5 живых розеток, в емкости с дистиллированной водой — 2 живых розетки (рис. 2).
Рис. 2. Розетки водяного ореха в первый день после постановки эксперимента (а — 15 ПДК, б - без нефтепродуктов, в — 5 ПДК) и через две недели после начала эксперимента (г — 15 ПДК, д - без нефтепродуктов, е — 5 ПДК)
Таким образом, концентрации нефтепродуктов до 5 ПДК, по всей видимости, могут оказывать стимулирующее действие на накопление биомассы водяного ореха, а в условиях дефицита питательных веществ нефтепродукты могут поддерживать существование отделенных от корней розеток водяного ореха в лучшей степени, чем дистиллированная вода. Концентрации нефтепродуктов 15 ПДК и выше, по всей видимости, оказывают на водяной орех ингибирующее действие.
Работа выполнена в рамках госзадания Минобрнауки России «Растения и Евразийский карбоновый полигон» на 2022-2023 годы FEUR-2022-0001)
СПИСОК ИСТОЧНИКОВ
1. Артюхин А.Е., Михайлова Е.В., Кулуев Б.Р. Исследование изолированных популяций Водяного ореха Trapa sibirica fler. (lythraceae) В республике Башкортостан // Вестник Пермского Университета. Серия Биология. 2019. Вып. 3 с. 217-226 DOI: 10.17072/1994-9952-2019-3-217-226.
2. Артюхин А.Е., Хисматов Т.Р., Михайлова Е.В. Фиторемедиационный потенциал водяного ореха Trapa natans L. // Технологии переработки отходов с получением новой продукции: материалы III Всероссийской научно-практической конференции с международным участием, г. Киров, 24 ноября 2021 г. - Киров: Вятский государственный университет, 2021. с. 167-170
3. Гуславский А.И .,Канарская З.А. Перспективные технологии очистки воды и почвы от нефти и нефтепродуктов // Вестник Казанского технологического университета 2015 г.
4. Михайлова, Е. В., Артюхин, А. Е., Панфилова, М. А., & Кулуев, Б. Р. (2021). Особенности произрастания водяного ореха Trapa natans на северной границе ареала. Биология внутренних вод, (1), 85-90. DOI: 10.31857/S0320965221010083
REFERENCES
1. Artyukhin, A. E., Mikhaylova, E. V., & Kuluev, B. R. Study of isolated populations of the water caltrop Trapa sibirica Fler.(Lythraceae) in the Republic of Bashkortostan.Bulletin of Perm University 2019 Vol.3 pp.217-2263, 217-226.
2. Artyukhin A.E., Khismatov T.R., Mikhaylova E.V. Phytoremediation potential of the water chestnut Trapa natans L. // Waste processing technologies with the production of new products: materials of the III All-Russian scientific and practical conference with international participation, Kirov, November 24, 2021 - Kirov: Vyatka State University, 2021. p. 167-170
3. Guslavsky A.I., Kanarskaya Z.A. Promising technologies for water and soil purification from oil and oil products // Bulletin of the Kazan Technological University 2015.
4. Mikhaylova, E. V., Artyukhin, A. Y., Panfilova, M. A., & Kuluev, B. R. (2021). Growth Conditions of Water Caltrop Trapa natans on the Northern Border of its Habitat. Inland Water Biology, 14, 104-108. DOI: 10.31857/S0320965221010083
Информация об авторах Е.В. Михайлова — кандидат биологических наук, старший научный сотрудник; А.Е. Артюхин - младший научный сотрудник; М.А. Мирзагитов - магистрант 1 года обучения; А. Ф. Арсланова - студент бакалавриата.
Information about the authors E.V. Mikhaylova - PhD, Senior researcher; A.Y. Artyukhin - Junior researcher; M.A. Mirzagitov - master's student; A.F. Arslanova - undergraduate student
