CC BY
21
УДК 631.423.4
Э.Р. Зайнулгабидинов, Ю.А. Игнатьев, А.М. Петров
Институт проблем экологии и недропользования АН РТ, [email protected]
ВЛИЯНИЕ ФИТОРЕМЕДИАЦИИ НА ПРОФИЛЬ УГЛЕВОДОРОДОВ НЕФТИ В АЛЛЮВИАЛЬНЫХ ДЕРНОВЫХ ПОЧВАХ
Фиторекультивация почв, загрязненных нефтью и нефтепродуктами, рассматривается как один из перспективных подходов в биотехнологии. Эффективность этого метода зависит от подбора культур. Объектом исследования являлась загрязненная нефтью аллювиальная дерновая легкосуглинистая почва. Рассматривались варианты с начальным содержанием нефти 5.4 г/кг, 9.7 г/кг и 21.8 г/кг. В качестве фиторемедиантов использовались однодольные и двудольные растения - пшеница яровая (Triticum vulgare L.) и горох посевной (Pisum sativum L). Газохроматогра-фическим методом изучено изменение углеводородного состава после фиторекультивационных мероприятий. На хроматограммах идентифицированы пики гомологов н-алканов диапазона С9-С36 и углеводороды (УВ) неполярного и малополярного строения, образующие «изопреноидный горб». Стимулируя активность микроорганизмов в прикорневой зоне, рассматриваемые культуры оказывают различное влияние на деструкцию и преобразование остаточной нефти в зависимости от степени загрязнения. Существенное снижение концентрации УВ нефти к концу эксперимента (в 3.8 раза) отмечено в варианте с максимальным содержанием поллютанта в опыте с пшеницей. Отмечается обратная зависимость процентного содержания н-алканов от уровня остаточного содержания нефтепродуктов. Выделено 2 типа распределения неполярных УВ. Для вариантов с низким уровнем загрязнения характерна мономодальная форма. Второй тип имел бимодальное распределение и был типичен для опытных образцов с относительно высокой концентрацией. Профиль н-алканов характеризовался преобладанием четных гомологов в среднемолекулярной области. Полученные данные могут указывать, что наиболее вероятными продуцентами четных парафинов среднемолекулярного диапазона может быть биомасса микробиоты.
Ключевые слова: аллювиальная дерновая почва; нефтяное загрязнение; газожидкостная хроматография; н-алканы; фиторекультивация.
DOI: 10.24852/2411-7374.2021.2.53.60
Введение
Нефть и нефтепродукты (НП) являются одними из приоритетных загрязнителей объектов окружающей среды. Вопросы, касающиеся восстановления нефтезагрязненных земель, поднимаются давно, но до сих пор сохраняют свою актуальность. Это связано не только с временными изменениями в составе и в свойствах нефти, но и с разнообразными физико-химическими характеристиками загрязненного объекта. Большое влияние на скорость и интенсивность процессов восстановления нефтезагрязненных почв оказывают проводимые на них рекультивационные мероприятия.
Среди биологических методов восстановления почв, загрязненных нефтью и НП, особое место занимает фиторемедиация, принцип которой заключается в том, что разложение нефтяных углеводородов (УВ) производится не самим растением, а микроорганизмами, обитающими в
непосредственной близости к его корням, т.е в ризосфере. При правильном подборе культур можно ожидать усиление активности проходящих в почве биохимических процессов и, как следствие, ускорение деструкции и преобразования УВ (Ки-реева, Водопьянов, 2007; Киреева и др., 2011, 2012; Пахарькова и др., 2015).
Под посевами фиторемедиантов увеличивается численность углеводородокисляющих микроорганизмов (УОМ), восстанавливается ферментативная активность, улучшается структура почвы, и, как следствие, уменьшается содержание нефти (Фатина и др., 2008; Киреева и др., 2009; Муратова и др., 2010; Каримуллин и др., 2016). Биологически активные корневые выделения растений способствуют увеличению видового разнообразия, численности и повышают активность почвенных микроорганизмов (Киреева и др., 2011).
Растения семейства бобовых за счет симбио-тических азотфиксаторов способны повышать
2/2121
53
Таблица 1. Результаты расчета хроматограмм Table 1. Results of chromatogram calculating
Варианты Variants Без растений Without plants Горох Peas Пшеница Wheat
Суммарная площадь пиков, у.е. Total peak area, c.u.
В1 3566 2447 3979
В2 6825 6754 5228
ВЗ 19335 9173 5143
Суммарная площадь пиков н-алканов, у.е. Total peak area of n-alkanes, c.u.
В1 1153 1020 1079
В2 1974 1925 1439
ВЗ 3439 1799 947
Содержание н-алканов, % n-alkanes content, %
В1 32.3 41.7 27.1
В2 28.9 28.5 27.5
ВЗ 17.8 19.6 18.4
микробиологическую активность и плодородие почв, поэтому их часто рекомендуют использовать при проведении работ по восстановлению антропогенно-нарушенных территорий (Киреева, Водопьянов, 2007). Повышение микробиологической активности также наблюдается под посевами пшеницы, которая обладает достаточно высокой устойчивостью к присутствующим в почве нефтяным углеводородам (Киреева и др., 2009).
В свою очередь, микроорганизмы прикорневой зоны растений оказывают значительное влияние на вегетацию и качество растительной продукции, играют важную роль в развитии растений благодаря минерализации органических соединений, синтезу биологически активных веществ, в т.ч регуляторов роста. Микрофлора ризосферы гороха и пшеницы отличаются друг от друга. В связи с этим возможно различное их влияние на направление и скорость протекающих процессов рекультивации.
Установлено, что в большинстве нефтей преобладающими соединениями являются алканы линейного строения (Петров, 1984). Также показано, что нормальные алканы (н-алканы) являются обязательным компонентом не загрязненных нефтью почв (Marseille et al., 1999; Wang et al., 2007; Lei et al., 2010; Rao et al., 2011; Зайнулга-бидинов и др., 2015). Учитывая широкое распро-
странение н-алканов в почвах и донных осадках, их рассматривают в качестве биомаркеров преобразования органического вещества почв (Кальвин, 1971).
Использование методов, позволяющих проводить подробный анализ и идентификацию компонентного состава НП в почвах, является важным условием для разработки научно обоснованных приёмов рекультивации загрязненных территорий. Большим потенциалом в этом отношении обладает метод газожидкостной хроматографии. С его помощью возможно определение как общего содержания органических веществ, так и многих индивидуальных соединений, извлекаемых из загрязненных почвенных образцов.
Целью настоящей работы явилось изучение изменения профиля УВ нефти в аллювиальных дерновых почвах под посевами однодольных и двудольных растений после хронического вегетационного эксперимента.
Материалы и методы исследования
Объектом исследования являлась аллювиальная дерновая легкосуглинистая почва, отобранная в пойме р. Меша в Лаишевском районе Республики Татарстан.
Предварительно загрязненную разными дозами нефти Ямашинского месторождения почву выдерживали в течение 6 месяцев в условиях механической рекультивации при температуре окружающего воздуха 20-25°С и влажности почвы на уровне 60% от полной влагоемкости. В результате были получены опытные варианты В1, В2, и В3 с остаточным содержанием НП, оцениваемым по величине потерь при прокаливании: 5.4 г/кг, 9.7 г/кг и 21.8 г/кг, соответственно (Игнатьев и др., 2018; Зайнулгабидинов и др., 2021).
В полученные опытные и контрольный (не загрязненный) образцы почвы высаживали пшеницу яровую (Triticum vulgare L.) и горох посевной (Pisum sativum L.). Параллельно в заданных для рекультивации условиях, но без выращивания растений, выдерживались почвенные образцы с той же степенью загрязнения.
Эксперимент по фиторекультивации проводили в лабораторных условиях при температуре 21-26°С. Режим освещения - 16 часов в сутки, интенсивность - 4000 Лк. Влажность почвы в ходе эксперимента поддерживали на уровне 60% от полной влагоемкости. Через 42 дня инкубации растения удаляли и определяли содержание НП в почве. Подробное описание условий эксперимента по фиторекультивации изложено ранее (Утом-баева и др., 2020).
54
российский журннл им! экологии
Рис. 1. Профиль распределения неполярных и малополярных УВ в почвах под посевом гороха (вариант В3) Fig. 1. Distribution profile of non-polar and low-polar hydrocarbons in soils under the peas sowing (variant В3)
Рис. 3.1 тип распределения неполярных и малополярных УВ в почвах Fig. 3. The I type of distribution of non-polar and low-polarity hydrocarbons in soils
Рис. 2. Профиль распределения неполярных и малополярных УВ в почвах под посевом пшеницы
(вариант В3) Fig. 2. Distribution profile of non-polar and low-polar hydrocarbons in soils under the wheat sowing (variant В3)
Для анализа НП использовали метод газожидкостной хроматографии с пламенно-ионизационным детектором. Выделение НП из почвы проводили ультразвуковой экстракцией четы-реххлористым углеродом в течение 45 минут. Для отделения от полярных, смолистых и асфальтено-вых веществ экстракт пропускали через колонку, заполненную оксидом алюминия.
Групповой состав н-алканов определяли на газожидкостном хроматографе «Хроматэк Кри-сталл-5000» с капиллярной колонкой длиной 30 м и внутренним диаметром 0.255 мм. Толщина неподвижной жидкой фазы DB-1 составляла 0.25 мкм. В качестве газа-носителя использовали азот. Определение общего содержания УВ и н-алканов проводили в соответствии с методикой (Игнатьев
Рис. 4. II тип распределения неполярных и малополярных УВ в почвах Fig. 4. The II type of distribution of non-polar and low-polarity hydrocarbons in soils
и др., 2014).
Результаты и их обсуждение
На хроматограммах были идентифицированы пики н-алканов, содержащих от 9 до 36 атомов углерода (С9-С36), а также зарегистрированы УВ неполярного и малополярного строения, образующие так называемый «изопреноидный горб» (Петров, 1984).
Рассчитано общее содержание органических соединений нефти (ОСН), суммарное количество насыщенных углеводородов (или н-алканов) и их соотношение в разных вариантах эксперимента. Данные расчетов приведены в таблице 1.
Общая площадь пиков ОСН и суммарная площадь пиков насыщенных УВ на хроматограммах
2/2121
55
в опыте без растений зависела от начального содержания поллютанта. Выращиваемые растения в целом способствовали снижению количества ОСН, что указывет на интенсификацию разложения остаточной нефти при стимуляции микробиологических процессов.
Эффективность рекультивационых мероприятий зависела как от вида выращиваемой культуры, так и от начального содержания пол-лютанта. При минимальном уровне загрязнения (вариант В1) в опытах без растений и с пшеницей общая площадь пиков ОСН была примерно одинаковой, а под посевом гороха отмечено почти двукратное уменьшение концентрации загрязнителя. Максимальное снижение суммарного содержания ОСН (в 3.8 раза) наблюдалось в варианте В3 после пшеницы. Аналогично изменялось и общее содержание н-УВ. Наименьшие различия в содержании ОСН и н-УВ отмечались в опытах со средним содержанием НП (В2).
Относительное содержание гомологов н-алка-нов претерпевало значительные изменения только при минимальном загрязнении (В1) (табл. 1). В остальных вариантах процентное содержание насыщенных УВ не зависело от используемой культуры. Следует отметить обратную зависимость доли алканов нормального строения от уровня начального загрязнения. Так, например, в варианте В1 н-алканы при минимальном загрязнении составляли порядка 40%, при среднем загрязнении - 30%, а при максимальном начальном загрязнении их процентное содержание снизилось примерно на 10%.
Газохроматографический анализ показал, что во всех случаях профиль гомологов насыщенных УВ характеризуется преобладанием четных н-алканов над нечетными, а максимум содержания алканов нормального строения расположен в среднемолекулярной области - С14-С26 (рис 1). В качестве доминант, в зависимости от почвенных условий, могут выступать либо октадекан (С18) либо эйкозан (С20).
Усиление активности биохимических процессов, проходящих в почве при культивировании растений, в зависимости от их биологических особенностей, по-разному влияет на скорость деструкции нефтяных УВ (Киреева и др., 2012). На рисунках 1 и 2 представлены хроматограммы экстрактов, полученных из образцов почв опытов с пшеницей и горохом с максимальным начальным уровнем загрязнения (вариант В3).
Сопоставление полученных результатов показало, что выращивание пшеницы обеспечивает более эффективное разложение ОСН (рис. 2). В рассматриваемом варианте почти двукратное
снижение суммарной площади УВ нефти (табл. 1) произошло за счет уменьшения «нафтенового горба» и ОСН со средней длиной углеродной цепи. В эксперименте с горохом эффективность деструкции была меньше (рис. 1).
Анализ хроматограмм позволил выделить два типа распределения неполярных и малополярных УВ (рис. 3, 4). Для I типа характерна мономодальная форма с преобладанием органических соединений в среднемолекулярной области (рис. 3). При данном типе распределения мажорными пиками являются четные гомологи алканов нормального строения, а минорными - нечетные. Такой вид профиля типичен для вариантов с низким уровнем загрязнения нефтью.
При относительно высокой концентрации загрязнителя распределение УВ в почве приобретает бимодальную форму. Первый диапазон также локализован в среднемолекулярной области с характерным «нафтеновым горбом». Для н-алканов этого диапазона характерно увеличение доли нечетных гомологов, хотя пики четных н-алканов продолжают сохранять свое лидирующее положение (рис. 4). Вторая область объединяет вы-сококипящие УВ нефти. В качестве мажорных пиков выступают не идентифицированные малополярные и неполярные ОСН.
I тип профиля распределения УВ был характерен для экстрактов, полученных из почв после выращивания пшеницы (рис. 2). Даже при максимальном начальном загрязнении здесь отмечалась минимальная суммарная площадь «нафтенового горба» и неполярных УВ нефти. Хроматограммы опытов без растений и с горохом больше соответствовали второму типу молекулярно-массового распределения (рис. 4).
В большинстве нативных почв преобладают высокомолекулярные н-алканы с доминированием нечетных гомологов С25, С27, С29 и С31, источником поступления которых являются высшие растения (Eglinton, Hamilton, 1967; Петров, 1984). Данная закономерность, в частности, была показана для дерново-подзолистых почв (Зайнулгаби-динов и др., 2015). Известно, что на начальных стадиях загрязнения почв парафинистой нефтью в экстрактах преобладают низкомолекулярные УВ нефти (Игнатьев и др., 2014), а показатель CPI (Carbon preference index) практически равен единице. Со временем, в результате протекающих процессов выветривания, начинают преобладать н-алканы со средней длиной углеродной цепи, однако доля четных и нечетных гомологов остается практически одинаковой (Габов и др., 2010; Зай-нулгабидинов и др., 2016). Преобладание четных н-алканов среднего диапазона (С14-С26) с мажор-
56
российский журннл приклиой экологии
ными пиками С16 и С18 рассматривается как довольно редкое явление в педосфере (Ekpo et al., 2005).
Учитывая обнаруженную разницу в содержании нечетных и четных гомологов в различных вариантах опыта после проведения фиторекуль-тивационных мероприятий, нами был рассчитан коэффициент нечетности (Кн/ч), который представляет собой отношение сумм нечетных и четных н-алканов:
Таблица 2. Изменение коэффициента нечетности (К ) по вариантам эксперимента Table 2. Change in the oddness coefficient (K d/ J according to the variants of the experiment
Эксперимент Experiment В1 В2 В3
Без растений Without plants 0.32 0.46 0.90
Горох Peas 0.15 0.46 0.79
Пшеница Wheat 0.23 0.45 0.90
Отмечено, что наибольшие изменения профиля н-алканов характерны для почвенных образцов с минимальным уровнем начального загрязнения (В1) (табл. 2). Так, после выращивания гороха коэффициент нечетности снизился более чем в 2 раза по сравнению с вариантом без растений. Практически неизменным остается Кн/ч для всех вариантов опыта со средним содержанием пол-лютанта (В2).
В целом отмечается увеличение коэффициента нечетности примерно до единицы по мере возрастания уровня загрязнения, что свидетельствует об увеличении доли нечетных гомологов н-алканов и является характерным для УВ загрязнения (Га-бов и др., 2010). Однако суммарное содержание нечетных гомологов всегда остается минорным и варьирует в диапазоне от 21 до 47%, а содержание, например, только октадекана (С18) может составлять более 23%. Полученные значения Кн/ч могут указывать на специфику состава микробных сообществ, которая зависит от различных внутрипочвенных условий.
Культивирование высших растений активизирует ризосферную микробиоту, обеспечивая различное протекание процессов деградации и трансформации нефти (Фатина и др., 2008; Кире-
ева и др., 2009; Муратова и др., 2010; Каримул-лин и др., 2016). Возрастание бактериальной составляющей органического вещества может стать причиной пополнения гомологического ряда н-алканов различными отдельными компонентами, в частности, С18. Известно, что наиболее вероятными продуцентами н-алканов диапазона С16-С20 с доминированием четных гомологов может быть биомасса микробиоты (Jovancicevic, 2002; Екро et а1., 2005; JovanCiCeviC et а1., 2007).
Заключение
В исследованных почвенных образцах искусственно загрязненной нефтью аллювиальной дерновой легкосуглинистой почвы идентифицированы н-алканы С9-С36. Профиль н-алканов характеризуется преобладанием четных гомологов над нечетными с максимумом их содержания в среднемолекулярной области (С14-С26).
Однодольные и двудольные растения (горох, пшеница) оказывают различное влияние на изменение соотношения УВ нефти при различной степени загрязнения. Максимальное уменьшение остаточных органических соединений к концу эксперимента наблюдается в варианте с максимальным содержанием поллютанта под пшеницей по сравнению с вариантом без растений.
По результатам исследований выделено два типа распределения неполярных и малополярных НП в почвах. I тип характерен для образцов с относительно низким уровнем загрязнения нефтью и имеет мономодальную форму с преобладанием н-алканов в среднемолекулярной области. С повышением уровня загрязнения распределение УВ приобретает бимодальную форму (II тип) с относительным увеличением содержания высо-кокипящих углеводородов.
Изменения молекулярно-массового состава НП после культивирования высших растений выражаются в уменьшении площади «нафтенового горба», снижении содержания высококипящих соединений нефти и н-алканов. В эксперименте с пшеницей профиль неполярных УВ для варианта с максимальным загрязнением (В3) начинает практически соответствовать первому типу распределения.
Полученные данные указывают, что наиболее вероятными продуцентами четных парафинов среднемолекулярного диапазона может быть биомасса микробиоты.
Список литературы
1. Габов Д.Н., Безносиков В.А., Кондратенок Б.М., Груз-лев И.В. Насыщенные углеводороды в фоновых и загрязненных почвах Предуралья // Почвоведение. 2010. №10. С.
2/2021
57
1190-1196.
2. Зайнулгабидинов Э.Р., Игнатьев Ю.А., Петров А.М., Хабибуллин Р.Э. Особенности распределения нормальных алканов в современных дерново-подзолистых почвах // Вестник технологического университета. 2015. Т. 18, №4. С. 271-274.
3. Зайнулгабидинов Э.Р., Игнатьев Ю.А., Петров А.М., Хабибуллин Р.Э. Влияние длительности инкубации на состав нормальных углеводородов при разных уровнях начального содержания нефти в почве // Вестник технологического университета. 2016. Т. 19, №10. С. 56-60.
4. Зайнулгабидинов Э.Р., Игнатьев Ю.А., Петров А.М. Оптимизация метода потери массы при прокаливании для определения остаточного содержания органических соединений нефти в загрязненных почвах // Российский журнал прикладной экологии. 2021. №1. С. 64-71.
5. Игнатьев Ю.А., Зайнулгабидинов Э.Р., Петров А.М. Изменение углеводородного состава нефтезагрязнённой дёрново-подзолистой почвы в стандартизированных условиях инкубации // Вестник технологического университета. 2014. Т. 17, №15. С. 256-260.
6. Игнатьев Ю.А., Зайнулгабидинов Э.Р., Петров А.М. Применение метода прокаливания для определения содержания аллохтонных углеводородов нефти в почвах // Российский журнал прикладной экологии. 2018. №3. С. 34-37.
7. Кальвин М. Химическая эволюция. М.: Мир, 1971. 283
с.
8. Каримуллин Л.К., Петров А.М., Вершинин А.А. Фито-рекультивация и физиологическая активность нефтезагряз-ненной дерново-подзолистой почвы // Российский журнал прикладной экологии. 2016. №1. С. 14-17.
9. Киреева Н.А., Водопьянов В.В. Мониторинг растений, используемых для фиторемедиации нефтезагрязненных почв // Экология и промышленность России. 2007. №9. С. 46-47.
10. Киреева Н.А., Новоселова Е.И., Шамаева А.А., Гри-гориади А.С. Биологическая активность чернозема выщелоченного, загрязненного продуктами сгорания попутного нефтяного газа, и возможности ее восстановления при фиторемедиации // Почвоведение. 2009. №4. С. 498-503.
11. Киреева Н.А., Новоселова Е.И., Григориади А.С. Влияние загрязнения почв нефтью на физиологические показатели растений и ризосферную микробиоту // Агрохимия. 2009а. №7. С. 71-80.
12. Киреева Н.А., Григориади А.С., Водопьянов В.В., Амирова А.Р. Подбор растений для фиторемедиации почв, загрязненных нефтяными углеводородами // Известия Самарского научного центра РАН. 2011. Т. 13, №5. С. 184-187.
13. Киреева Н.А., Григориади А.С., Баширова Р.М., Ами-рова А.Р. Использование бархатцев прямостоячих Tagetes erecta L. для фиторемедиации почвы, загрязненной нефтяными углеводородами // Агрохимия. 2012. №5. С. 66-72.
14. Муратова А.Ю., Бондаренкова А.Д., Панченко Л.В., Турковская О.В. Использование комплексной фиторемедиа-ции для очистки почвы, загрязненной нефтешламом // Биотехнология. 2010. №1. С. 77-84.
15. Пахарькова Н.В., Прудкова С.В., Гекк А.С., Ларькова А.Н., Коростелева Н.С. Оптимизация выбора растений для биоремедиации почв, загрязненных нефтью и нефтепродуктами в условиях южной Сибири // Вестник КрасГАУ. Биологические науки. 2015. №8. С. 28-32.
16. Петров А.А. Углеводороды нефти. М.: Наука, 1984. 264 с.
17. Утомбаева А.А., Петров А.М., Зайнулгабидинов Э.Р., Игнатьев Ю.А., Кузнецова Т.В. Динамика роста высших растений на рекультивированных нефтезагрязненных аллювиальных луговых почвах разного гранулометрического состава // Российский журнал прикладной экологии. 2020. №1. С.
60-65.
18. Фатина П.Н., Лапаева И.В., Давыдова Е.А. Фиторе-медиация - эффективный и экономический метод очистки почвы, загрязненной нефтью и нефтепродуктами // Защита окружающей среды в нефтегазовом комплексе. 2008. №5. С. 75-78.
19. Eglinton G., Hamilton R.J. Leaf epicuticular waxes // Science. 1967. V. 56. P. 1322-1335.
20. Ekpo B.O., Oyo-Ita O.E., Wehner H. Even-n-alkane/ alkene predominances in surface sediment from the Calabar River, SE Niger Delta, Nigeria // Naturwissenschaften. 2005. V. 92. Р. 341-346. DOI 10.1007/s00114-005-0639-8.
21. Marseille F., Disnar J.R., Guillet B., Noack Y. n-Alkanes and free fatty acids in humus and A1 horizon of soils under beech, spruce and grass in the Massif-Central (Mont-Loze Are), France // European journal of soil science. 1999. V. 50. P. 433441. htpps://doi.org/10.1046/j.1365-2389.1999.00243.x
22. Jovancicevic B., Vrvic M., Schwarzbauer J., Wehner H., Scheeder G., Vitorovic D. Organic-geochemical differentiation of petroleum-type pollutants and study of their fate in Danube alluvial sediments and corresponding water (Pancevo Oil Refinery, Serbia) // Water, air soil pollution. 2007. V. 183. P. 225-238. DOI: 10.1007/s11270-007-9371-7
23. Jovancicevic B. Identification, transformation and migration of petroleum-type pollutants in recent sediments and soil // Newsletter of European association of chemistry and the environment. 2002. №3. Р. 5-6.
24. Lei G.L., Zhang H.C., Chang F.Q., Pu Y., Zhu Y., Yang M.S., Zhang W.X. Biomarkers of modern plants and soils from Xinglong Mountain in the transitional area between the Tibetan and Loess Plateaus // Quaternary international. 2010. V. 218. P. 143-150. htpps://doi.org/10.1016/j.quaint.2009.12.009
25. Rao Z.G., Zhu Z.Y., Jia G.D., Zhang X., Wang S.P. Compound-specific hydrogen isotopes of long-chain n-alkanes extracted from topsoil under a grassland ecosystem in northern China // Science in China. Ser. D: Earth Sciences. 2011. V. 54, №12. P. 1902-1911. htpps://doi.org/10.1007/s11430-011-4252-8
26. Wang Y., Fang X., Bai Y., Xi X., Zhang X., Wang Y Distribution of lipids in modern soils from various regions with continuous climate (moisture-heat) change in China and their climate significance // Science in China. Ser. D.: Earth Sciences. 2007. V. 50, №4. Р. 600-612. htpps://doi.org/10.1007/s11430-007-2062-9.
References
1. Gabov D.N., Beznosikov V.A., Kondratenok B.M., Gruzlev I.V. Nasyshchennye uglevodorody v fonovykh i zagryaznennykh pochvakh predural'ya [Saturated Hydrocarbons in Background and Contaminated Soils Preduraya] // Pochvovedenie [Pedology]. 2010. No 10. P. 1190-1196.
2. Zainulgabidinov E.R., Ignat'ev Yu.A., Petrov A.M., Khabibullin R.E. Osobennosti raspredeleniya normal'nykh al-kanov v sovremennykh dernovo-podzolistykh pochvakh [Distribution features of normal alkanes in modern soddy-podzolic soils] // Vestnik Kazanskogo tekhnologicheskogo universiteta [Bulletin of the Kazan Technological University]. 2015. Vol. 18, No 4. P. 271-274.
3. Zainulgabidinov E.R., Ignat'ev Yu.A., Petrov A.M., Khabibullin R.E. Vliyanie dlitel'nosti inkubatsii na sostav nor-mal'nykh uglevodorodov pri raznykh urovnyakh nachal'nogo soderzhaniya nefti v pochve [Effect of long-term incubation on the composition of normal hydrocarbons at different levels of the initial oil content in the soil] // Vestnik Kazanskogo tekhnolog-icheskogo universiteta [Bulletin of the Kazan Technological University]. 2016. Vol. 19, No 10. P. 56-60.
4. Zainulgabidinov E.R., Ignat'ev Yu.A., Petrov A.M. Opti-
58
российский журннл приклпой экологии
mizatsiya metoda poteri massy pri prokalivanii dlya opredele-niya ostatochnogo soderzhaniya organicheskikh soedinenii nefti v zagryaznennykh pochvakh [Optimizing of the lost-on-ignition method for determining the residual content of organic oil compounds in contaminated soils] // Rossijskij zhurnal prikladnoj jekologii [Russian journal of applied ecology]. 2021. No 1. P. 64-71.
5. Ignat'ev Yu.A., Zainulgabidinov E.R., Petrov A.M. Izmenenie uglevodorodnogo sostava neftezagryaznennoi der-novo-podzolistoi pochvy v standartizirovannykh usloviyakh inkubatsii [Changes of the hydrocarbon composition of oil-contaminated soddy-podzolic soil under standardized incubation conditions] // Vestnik Kazanskogo tekhnologicheskogo universi-teta [Bulletin of the Kazan Technological University]. 2014. Vol. 17, No 15. P. 256-260.
6. Ignat'ev Yu.A., Zainulgabidinov E.R., Petrov A.M. Prime-nenie metoda prokalivaniya dlya opredeleniya soderzhaniya allokhtonnykh uglevodorodov nefti v pochvakh [Application of the loss of ignition method for determining the content of al-lochthonous hydrocarbons of oil in soils] // Rossijskij zhurnal prikladnoj jekologii [Russian journal of applied ecology]. 2018. No 3. P. 34-37.
7. Kal'vin M. Himicheskaja jevoljucija [Chemical evolution]. M.: Mir, 1971. 283 p.
8. Karimullin L.K., Petrov A.M., Vershinin A.A. Fitorekul'ti-vatsiya i fiziologicheskaya aktivnost' neftezagryaznennoi derno-vo-podzolistoi pochvy [Phyto-cultivation and physiological activity of oil-contaminated sod-podzolic soil] // Rossijskij zhurnal prikladnoj jekologii [Russian journal of applied ecology]. 2016. No 1. P. 14-17.
9. Kireeva N.A., Vodop'yanov V.V. Monitoring rastenii, is-pol'zuemykh dlya fitoremediatsii neftezagryaznennykh pochv [Monitoring of plants used for phytoremediation of oil-contaminated soils] // Jekologija i promyshlennost' Rossii [Ecology and industry of Russia]. 2007. No 9. P. 46-47.
10. Kireeva N.A., Novoselova E.I., Shamaeva A.A., Grigori-adi A.S. Biologicheskaya aktivnost' chernozema vyshchelochen-nogo, zagryaznennogo produktami sgoraniya poputnogo neftya-nogo gaza, i vozmozhnosti ee vosstanovleniya pri fitoremediatsii [Biological activity of leached chernozem, contaminated with combustion products of associated petroleum gas and the possibility of its recovery during phytoremediation] // Pochvovedenie [Pedology]. 2009. No 4. P. 498-503.
11. Kireeva N.A., Novoselova E.I., Grigoriadi A.S. Vliyanie zagryazneniya pochv neft'yu na fiziologicheskie pokazateli rastenii i rizosfernuyu mikrobiotu [Effect of soil contamination with oil on some physiological parameters of plants and rhizosphere microbiota] // Agrohimija [Agrochemistry]. 2009a. No 7. P. 71-80.
12. Kireeva N.A., Grigoriadi A.S., Vodop'yanov V.V., Amirova A.R. Podbor rastenii dlya fitoremediatsii pochv zagry-aznennykh neftyanymi uglevodorodami [Selection of plants for phytoremediation of soils contaminated with petroleum hydrocarbons] // Izvestija Samarskogo nauchnogo centra RAN [Bulletin of the Samara Scientific Center of the Russian Academy of Sciences]. 2011. Vol.13? No 5. P. 184-187.
13. Kireeva N.A., Grigoriadi A.S., Bashirova R.M., Amirova A.R. Ispol'zovanie barkhattsev pryamostoyachikh Tagetes erecta L. dlya fitoremediatsii pochvy, zagryaznennoi neftyanymi ug-levodorodami [Tagetes erecta L. as a promising phitoremediant for soil contaminated with oil hydrocarbons] // Agrohimija [Agrochemistry]. 2012. No 5. P. 66-72.
14. Muratova A.Yu., Bondarenkova A.D., Panchenko L.V., Turkovskaya O.V. Ispol'zovanie kompleksnoi fitoremediatsii dlya ochistki pochvy, zagryaznennoi nefteshlamom [The use of complex phytoremediation for cleaning soil contaminated with oil sludge] // Biotehnologija [Biotechnology]. 2010. No 1. P.
2/2021
77-84.
15. Pakhar'kova N.V., Prudkova S.V., Gekk A.S., Lar'ko-va A.N., Korosteleva N.S. Optimizatsiya vybora rastenii dlya bioremediatsii pochv, zagryaznennykh neft' i nefteproduktami v usloviyakh yuzhnoi Sibiri [Optimization of plant selection for bioremediation of soils contaminated with oil and oil products in the conditions of southern Siberia] // Vestnik KrasGAU. Biologicheskie nauki [Bulletin of KrasGAU. Biological Sciences]. 2015. No 8. P. 28-32.
16. Petrov A.A. Uglevodorody nefti [Petroleum hydrocarbons]. M.: Nauka, 1984. 264 p.
17. Utombaeva A.A., Petrov A.M., Zainulgabidinov E.R., Ignat'ev Yu.A., Kuznetsova T. V. Dinamika rosta vysshikh rastenii na rekul'tivirovannykh neftezagryaznennykh allyuvial'nykh lu-govykh pochvakh raznogo granulometricheskogo sostava [Dynamics of growth of higher plants in reclaimed oil-contaminated alluvial meadow soils of different granulometric composition] // Rossijskij zhurnal prikladnoj jekologii [Russian journal of applied ecology]. 2020. No 1. P. 60-65.
18. Fatina P.N., Lapaeva I.V., Davydova E.A. Fitoremediatsiya - effektivnyi i ekonomicheskii metod ochistki pochvy, zagryaznennoi neft'yu i nefteproduktami [Phytoremediation is an effective and economical method of cleaning soil contaminated with oil and oil products] // Zashhita okruzhajushhej sredy v neftegazovom komplekse [Environmental protection in the oil and gas complex]. 2008. No 5. P. 75-78.
19. Eglinton G., Hamilton R. J. Leaf Epicuticular Waxes // Science. 1967. Vol. 56. P. 1322-1335.
20. Ekpo B.O., Oyo-Ita O.E., Wehner H. Even-n-alkane/ alkene predominances in surface sediment from the Calabar River, SE Niger Delta, Nigeria // Naturwissenschaften. 2005. Vol. 92. P. 341-346. DOI 10.1007/s00114-005-0639-8
21. Marseille F., Disnar J.R., Guillet B., Noack Y. n-Alkanes and free fatty acids in humus and A1 horizon of soils under beech, spruce and grass in the Massif-Central (Mont-Loze Are), France // European journal of soil science. 1999. Vol. 50. P. 433-441. htpps://doi.org/10.1046/j.1365-2389.1999.00243.x
22. Jovancicevic B., Vrvic M., Schwarzbauer J., Wehner H., Scheeder G., Vitorovic D. Organic-geochemical differentiation of petroleum-type pollutants and study of their fate in Danube alluvial sediments and corresponding water (Pancevo Oil Refinery, Serbia) // Water, air soil pollution. 2007. Vol. 183. P. 225-238. DOI: 10.1007/s11270-007-9371-7
23. Jovancicevic B. Identification, transformation and migration of petroleum-type pollutants in recent sediments and soil // Newsletter of European association of chemistry and the environment. 2002. No 3. P. 5-6.
24. Lei G.L., Zhang H.C., Chang F.Q., Pu Y., Zhu Y., Yang M.S., Zhang W.X. Biomarkers of modern plants and soils from Xinglong Mountain in the transitional area between the Tibetan and Loess Plateaus // Quaternary international. 2010. Vol. 218. P. 143-150. htpps://doi.org/10.1016/j.quaint.2009.12.009
25. Rao Z.G., Zhu Z.Y., Jia G.D., Zhang X., Wang S.P. Compound-specific hydrogen isotopes of long-chain n-alkanes extracted from topsoil under a grassland ecosystem in northern China // Science in China. Ser. D: Earth Sciences. 2011. Vol. 54, No 12. P. 1902-1911. htpps://doi.org/10.1007/s11430-011-4252-8
26. Wang Y., Fang X., Bai Y., Xi X., Zhang X., Wang Y. Distribution of lipids in modern soils from various regions with continuous climate (moisture-heat) change in China and their climate significance // Science in China. Ser. D: Earth Sciences. 2007. Vol. 50, No 4. P. 600-612. htpps://doi.org/10.1007/s11430-007-2062-9.
59
Zaynulgabidinov E.R., Ignatiev Yu.A., Petrov A.M. Influence of phytoremediation on the profile of oil hydrocarbons in alluvial soddy soils.
Phytoremediation of soils contaminated with oil and petroleum products is considered as one of the promising approaches in biotechnology. The effectiveness of this method depends on the selection of crops. The object of the study was oil-contaminated alluvial soddy light loamy soil. Variants with an initial oil content of 5.4 g/kg, 9.7 g/kg h 21.8 g/kg were considered. Monocotyledonous and dicotyledonous plants - wheat (Triticum vulgare L.) and peas (Pi-sum sativum L.) - were used as phytoremediates. The change in the hydrocarbon composition after phytore-mediation measures was studied using the gas chro-matographic method. The chromatograms identified the peaks of homologues of n-alkanes of the C9-C36 range and hydrocarbons of non-polar and low-polarity structures, forming an «isoprenoid hump». By stimulating the activity of microorganisms in the root zone, the crops under consideration have a different
effect on the destruction and transformation of residual oil, depending on the degree of pollution. A significant decrease of the oil hydrocarbons concentration by the end of the experiment (by a factor of 3.8) was noted in the variant with the maximum pollutant concentration in the experiment with wheat. An inverse relationship of the percentage of n-alkanes on the level of residual oil products was noted. Two types of distribution of non-polar hydrocarbons were identified. The variants with low pollution are characterized by a monomodal form. The second type had a bimodal distribution and was typical for prototypes with a relatively high concentration. The profile of n-alkanes was characterized by the predominance of even homologues in the middle molecular region. Our data may indicate that the most probable producers of even paraffins of the medium molecular weight range may be the biomass of the microbiota.
Keywords: alluvial sod soil; oil pollution; gas chromatographic analysis; n-alkanes; phytoremediation.
Раскрытие информации о конфликте интересов: Автор заявляет об отсутствии конфликта интересов / Disclosure of conflict of interest information: The author claims no conflict of interest
Информация о статье / Information about the article.
Поступила в редакцию / Entered the editorial office: 18.05.2021
Одобрено рецензентами / Approved by reviewers: 31.05.2021
Принята к публикации / Accepted for publication: 15.06.2021
Информация об авторах
Зайнулгабидинов Эрик Ренатович, кандидат биологических наук, старший научный сотрудник, Институт проблем экологии и недропользования АН РТ, 420087, Россия, г. K^Mm, ул. Даурская, 28, E-mail: [email protected].
Игнатьев Юрий Алексеевич, кандидат химических наук, старший научный сотрудник, Институт проблем экологии и недропользования АН РТ, 420087, Россия, г. ^зань, ул. Даурская, 28, E-mail: [email protected].
Петров Андрей Михайлович, кандидат биологических наук, заведующий лабораторией, Институт проблем экологии и недропользования АН РТ, 420087, Россия, г. ^зань, ул. Даурская, 28, E-mail: [email protected].
Information about the authors
Erik R. Zainulgabidinov, Ph.D. in Biology, Senior Researcher, Research Institute for Problems of Ecology and Mineral Wealth Use of Tatarstan Academy of Sciences, 28, Daurskaya st., Kazan, 420087, Russia, E-mail: [email protected].
Yurij A. Ignatiev, Ph.D. in Chemistry, Senior Researcher, Research Institute for Problems of Ecology and Mineral Wealth Use of Tatarstan Academy of Sciences, 28, Daurskaya st., Kazan, 420087, Russia, E-mail: [email protected].
Andrej M. Petrov, Ph.D. in Biology, Head of Laboratory, Research Institute for Problems of Ecology and Mineral Wealth Use of Tatarstan Academy of Sciences, 28, Daurskaya st., Kazan, 420087, Russia, E-mail:[email protected].
60
российский журнал прикладной экологии
