Научная статья на тему 'Рекультивация нефтезагрязнённых почв с помощью ассоциаций аборигенных микроорганизмов (на примере Атырауской обл. Республики Казахстан)'

Рекультивация нефтезагрязнённых почв с помощью ассоциаций аборигенных микроорганизмов (на примере Атырауской обл. Республики Казахстан) Текст научной статьи по специальности «Экологические биотехнологии»

CC BY
545
251
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
НЕФТЕЗАГРЯЗНЁННЫЕ ПОЧВЫ / РЕКУЛЬТИВАЦИЯ / МИКРООРГАНИЗМЫ / АССОЦИАЦИИ МИКРООРГАНИЗМОВ / OIL-CONTAMINATED SOIL / RECULTIVATION / MICROORGANISMS / ASSOCIATIONS

Аннотация научной статьи по экологическим биотехнологиям, автор научной работы — Саданов Аманкелды Курбанович, Айткельдиева Светлана Айткельдиновна, Смирнова Ирина Эльевна

Изучена возможность рекультивации нефтезагрязнённых почв Атырауской области РК с помощью ассоциаций аборигенных микроорганизмов. Показано, что внесение в нефтезагрязнённую почву ассоциаций микроорганизмов, выделенных и приспособленных к местным почвенным и климатическим условиям, приводит к снижению содержания в них нефти, активизирует ферментативную активность почв и интенсифицирует почвенное дыхание.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по экологическим биотехнологиям , автор научной работы — Саданов Аманкелды Курбанович, Айткельдиева Светлана Айткельдиновна, Смирнова Ирина Эльевна

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

RECULTIVATION OF OILPOLLUTED SOILS BY ASSOCIATIONS OF ABORIGINAL MICROORGANISMS (ON THE PATTERN OF ATYRAUS REGION, KAZAKHSTAN)

The possibility of oil-polluted soils recultivation in Atyraus region of KR using associations of aboriginal microorganisms has been studied. It is shown that as result of application the selected microorganism associations, adapted to local soil and climatic conditions, into oil-contaminated soil, the oil content in the soil is reduced, the fermentative soil activity becomes more active and soil respiration is more intensive.

Текст научной работы на тему «Рекультивация нефтезагрязнённых почв с помощью ассоциаций аборигенных микроорганизмов (на примере Атырауской обл. Республики Казахстан)»

Рекультивация нефтезагрязнённых почв с помощью

ассоциаций аборигенных микроорганизмов

(на примере Атырауской обл. Республики Казахстан)

А.К. Саданов, д.б.н., профессор, С.А. Айткельдиева, д.б.н., И.Э. Смирнова, д.б.н., Институт микробиологии и вирусологии КН МОН РК

Цель и методика исследований. В настоящее время в Казахстане интенсивно эксплуатируются крупные месторождения нефти в Атырау-

ской, Мангыстауской, Актюбинской, Кызыл-ординской и Чимкентской областях, в этой связи неизбежны разливы нефти и увеличение количества нефтезагрязнённых почв. В результате контаминации почв нефтью и нефтепродуктами происходит не только их загрязнение, но и утрата почвенного плодородия, что приво-

дит к выводу почв из практического использования.

Процесс самовосстановления загрязнённых почв Атырауского региона из-за их особенностей (сильное засоление, низкое содержание гуми-новых веществ) является очень длительным и продолжается более 15—25 лет. Важное место при очистке почв занимает интенсификация микробной деструкции нефтезагрязнённых почв. При этом следует иметь в виду не только естественную активацию аборигенной микрофлоры загрязнённых почв, но и внесение биологических препаратов, содержащих штаммы микроорганизмов, являющихся активными нефтедеструкторами. В последнее время интенсивно разрабатываются и успешно применяются биопрепараты на основе ассоциаций микроорганизмов, в состав которых входят разные группы микробов, но чаще всего бактерии и дрожжевые организмы [1—3]. Однако эффективность биопрепаратов, интроду-цируемых в нефтезагрязнённые почвы, зависит от конкретного региона и бывает, что введение микроорганизмов-нефтедеструкторов не даёт положительного эффекта вследствие антагонизма с аборигенной микрофлорой.

В настоящее время для биоремедиации почв в Казахстане используются в основном малоэффективные препараты импортного производства. Поэтому создание отечественных биопрепаратов на основе аборигенных микроорганизмов является насущной проблемой республики. Данная работа посвящена изучению возможности рекультивации нефтезагрязнённых почв Атырауской области с помощью ассоциаций дрожжей и бактерий, выделенных и соответственно приспособленных к местным почвенным и климатическим условиям, и созданию на их основе активных биопрепаратов для восстановления нефтезагрязнённых почв.

Выделение дрожжевых организмов из почвенных образцов проводили на агаре Ворта и среде Ридер, бактерий — на жидкой минеральной среде Ворошиловой — Диановой. Для культивирования, проведения отбора и оценки нефтеразлагающей активности микроорганизмов и их ассоциаций использовали среду Шкид-ченко — Аринбасарова, содержащую в качестве единственного источника углерода нефть. Культивирование проводили в колбах на 500 мл на качалке (180—200 об/мин) при температуре 28—30°С в течение 10—14 суток. Количественное определение утилизации нефти проводили гравиметрическим методом.

Активность микробных ферментов почвы (каталаза, дегидрогеназа, липаза), а также активность дыхания почв исследовали в динамике, проводя отбор проб почв через 7, 30 и 60 суток после внесения нефти и культур микроорганизмов. Каталазную активность определяли по

общепринятой методике [4] и выражали в мл О2, выделившегося за одну минуту на грамм почвы, липазную активность почвы — по методу Козлова и выражали в мл 0,1 н КОН на 1 г почвы [5], дыхательную активность почвы — весовым методом Изермейера и выражали в г поглощённого СО2 [6]. Статистическую достоверность полученных результатов определяли с использованием коэффициента Стьюдента для доверительной вероятности р<0,05.

Результаты исследований. В лабораторных условиях были поставлены модельные опыты по изучению влияния ассоциаций дрожжей и бактерий на биологическую активность нефтезагрязнённых почв. Длительность экспериментов составляла 60 дней. Для опытов использовали почву — солончак пустынный Атырауской области, количество вносимой нефти составляло 5%. В качестве нефтеутилизирующих микроорганизмов использовали бактериальную ассоциацию П1+К3 и ассоциацию бактерий и дрожжей П1+К3+ФС-4АТ, выделенных из нефтезагрязнённых почв Атырауской области и ранее показавших хорошие результаты.

В вариантах опыта, где в почву одновременно с нефтью были внесены микроорганизмы, отмечали значительную убыль нефти, которая составляла 34—42%, что значительно выше по сравнению с контролем, где убыль нефти в почве составляла только 9,0%. Максимальная утилизация нефти в почве установлена в вариантах опыта с ассоциациями бактерий и дрожжей П1+К3+ФС-4АТ, при этом убыль нефти в почве составляла 42%.

Одним из показателей, реально отражающих экологическое состояние почвы, является ферментативная активность почв, рассматриваемая как совокупность процессов, катализируемых ферментами почвенной биоты. С этой целью в модельных опытах изучали дыхательную активность почв и динамику изменения таких почвенных ферментов, как каталаза, дегидрогеназа, липаза. Активность микробных ферментов почвы, а также активность дыхания почв исследовали в динамике, проводя отбор проб почв через 7, 30 и 60 суток после внесения нефти и культур микроорганизмов. Полученные данные представлены в таблице 1.

Из данных таблицы 1 видно, что исходная почва — солончак пустынный Атырауской области — характеризуется крайне низкой активностью почвенных ферментов. Это объясняется высокой засолённостью данного типа почвы, которая отрицательно сказывается на её ферментативной активности. При внесении в почву нефти в количестве 5% активность дегидрогеназы через 30 суток увеличивается в 2,5 раза, через 60 суток — в 4,0 раза по сравнению с этими же показателями исходной почвы. Установлено,

17C

1. Динамика изменения ферментативной активности почвы в процессе её рекультивации

Металл Статистический показатель Фоновый показатель

М Х X -^-шіп -^-шах а V ш

Естественные (условно-ненарушенные) и природно-техногенные почвы (п = 49)

Си 0,88 0,08-10,88 1,98 4,04 3,81 0,53

7п 6,22 0,36-40,0 10,02 20,45 9,78 1,58

Со 0,51 0,09-4,71 0,86 1,76 1,53 0,05

Мп 29,89 0,77-84,30 21,90 44,69 5,58 0,12

N1 11,58 0,34-149,9 32,33 65,98 16,99 1,77

РЬ 2,38 0,01-10,23 2,75 5,61 2,76 2,56

са 0,21 0,02-1,19 0,23 0,47 1,31 0,21

Сг 0,88 0,10-2,46 0,92 1,88 1,43 1,79

Антропогенно-глубокопреобразованные почвы (урбанозёмы, урботехнозёмы) (п = 17)

Си 9,43 0,12-84,0 5,49 58,22 1,33 0,53

7п 8,95 0,36-50,02 3,20 35,76 0,78 1,58

Со 0,35 0,10-1,22 0,09 25,93 0,02 0,05

Мп 102,68 12,81-325,60 31,13 30,72 7,55 0,12

N1 3,65 0,88-10,01 0,69 19,06 0,17 1,77

РЬ 2,07 0,06-4,15 0,31 14,89 0,07 2,56

са 0,11 0,03-0,20 0,02 14,61 0,004 0,21

Сг 0,52 0,09-1,59 0,08 15,74 0,10 1,79

2. Динамика изменения активности дыхания нефтезагрязнённой почвы в процессе её рекультивации

Вариант опыта Дыхательная активность почвы

дата отбора проб

28.06.10 12.07.10 26.07.10 12.08.10 26.08.10

Контроль (почва) Контроль 1 (почва +нефть) Ассоциация П1+К3 Ассоциация П1+К3+ФС-4АТ 0,12 0,13±0,01 0,14±0,01 0,13±0,01 0,13 0,13±0,01 0,17±0,01 0,18±0,02 0,11 0,17±0,01 0,16±0,01 0,17±0,01 0,09 0,16±0,01 0,16±0,01 0,17±0,01 0,11 0,15±0,01 0,20±0,02 0,18±0,02

что активность каталазы несколько повышается с течением времени, а активность липазы практически не меняется. Эти данные хорошо коррелируют с увеличением численности гетеротрофных и олиготрофных бактерий, которые являются одними из основных физиологических групп микроорганизмов, отвечающих за биологическую активность почв.

При проведении биоремедиации нефтеза-грязнённых почв с использованием ассоциаций микроорганизмов установлено, что активность почвенных ферментов значительно возрастает по сравнению с их уровнем как в исходной, так и в нефтезагрязнённой почве. Однако отмечено некоторое снижение активности микробных ферментов почвы во всех вариантах опытов после 30 суток биоремедиации, что, видимо, связано с тем, что микроорганизмы к этому времени утилизируют лёгкие фракции нефти и их ферментная система перестраивается для усвоения трудноутилизируемых фракций. После 60 суток биоремедиации максимальное повышение активности микробных ферментов почвы отмечали в варианте с использованием ассоциации, состоящей из бактерий и дрожжей (П1+К3+ФС-4АТ), при этом активность дегидрогеназы превышала в 1,7 раза, каталазы в 1,2 раза, а липазы в 1,3 раза аналогичные показатели нефтезагрязнённой почвы.

Важным показателем жизнедеятельности микроорганизмов почвы является почвенное дыхание — показатель не только биохимических и биологических процессов, но и плодородия почвы в целом. В связи с этим изучали влияние ассоциаций микроорганизмов на активность дыхания в нефтезагрязнённых почвах в течение двух месяцев, отбор проб проводили еженедельно. Дыхательную активность почвы выражали в г поглощённого диоксида углерода. Полученные данные представлены в таблице 2.

Как видно из таблицы 2, почва — солончак пустынный Атырауской области — характеризовалась низким уровнем активности дыхания, что указывает на нахождение микроорганизмов в физиологически неактивном состоянии. Внесение нефти в количестве 5% несколько активизировало её дыхательную активность. В то же время применение ассоциаций нефтеокисляющих микроорганизмов приводило к увеличению активности дыхания почвы в 1,6—1,8 раза по сравнению с исходной почвой и в 1,2—1,3 раза по сравнению с нефтезагрязнённой почвой.

Выводы. Рекомендации. Показано, что внесение в нефтезагрязнённую почву микроорганизмов приводит к снижению содержания нефти в почве на 34—42%. Максимальная утилизация нефти в почве (42%) установлена в вариантах

опыта с ассоциацией нефтеокисляющих бактерий и дрожжей П1+КЗ+ФС-4АТ.

Отмечено, что применение микроорганизмов для рекультивации почв существенно активизирует ферментативную активность нефтезагряз-нённыхпочв, при этом значительно повышается её дегидрогеназная и каталазная активность.

Установлено, что почва — солончак пустынный Атырауской области — характеризуется низким уровнем активности дыхания. Внесение в почву ассоциаций нефтеокисляющих микроорганизмов приводит к интенсификации дыхания почвы в 1,6—1,8 раза по сравнению с исходной почвой и в 1,2—1,3 раза — по сравнению с нефтезагрязнённой почвой.

Таким образом, на основе ассоциаций дрожжей и бактерий, выделенных и приспособленных к местным почвенным и климатическим услови-

ям, возможно создание активных биопрепаратов для рекультивации нефтезагрязнённых почв Атырауской области, которые можно рекомендовать для практического применения.

Литература

1. Патент РФ № 2384616. Консорциум штаммов микроорганизмов для очистки окружающей среды от углеводородов. Опубл. 23.03.2010, бюл. № 8.

2. Hung-Soo Joo et al. Bioremediation of oil-contaminated soil using Candida catenulata and food waste // Environmental Pollution. 2008. V. 156. Iss. 3. P. 891-896.

3. Патент РФ № 2272071. Штаммы микроорганизмов-деструкторов Saccharomyces sp. Y-979и Pseudomonas sp. В-980, используемые для биоремедиации нефтезагрязнённых объектов окружающей среды, и ассоциация на их основе. Опубл. 20.03.2006 , бюл. № 8.

4. Звягинцев Д.Г. Методы почвенной микробиологии и биохимии. М.: МГУ. 1991. 304 с.

5. Хазиев Ф.Х. Ферментативная активность почв. М.: Наука. 1976. 180 с.

6. Isermeyer H. Eine einfache methode fur Bestimmung fer Bodenatmung und der Carbonate ini Boden // Z. Pflanzenernahr. Bodenk. 1952. Bd. 65. S. 26-38.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.