ПОЧВОВЕДЕНИЕ, 2004, № 10, с. 1241-1249
ДЕГРАДАЦИЯ, ВОССТАНОВЛЕНИЕ И ОХРАНА ПОЧВ
УДК 631.466.1
ВЛИЯНИЕ НОВОГО БИОПРЕПАРАТА НА РЕМЕДИАЦИЮ НЕФТЕЗАГРЯЗНЕННОЙ СЕРОЙ ЛЕСНОЙ ПОЧВЫ
© 2004 г. Г. Н. Курочкина1, А. Н. Шкидченко2, А. А. Амелин1
1Институт физико-химических и биологических проблем почвоведения РАН 142290, г. Пущино Московской обл., ул. Институтская, 2 2Институт биохимии и физиологии микроорганизмов РАН 142290, г. Пущино Московской обл., ул. Институтская, 8 Поступила в редакцию 01.10.2002 г.
Изучено влияние нового биопрепарата, полученного на основе четырех штаммов микроорганизмов рода Pseudomonas, Pseudococcus в комплексе с минеральным (нитрофоска) и органическим (активный ил) удобрениями на деструкцию нефти и нефтешлама, внесенных в серую лесную почву в количестве 50 и 150 г/кг. Установлены степень деградации нефти в почве, численность почвенных микроорганизмов в загрязненной и рекультивированной почве, популяционная динамика внесенных в почву указанных микроорганизмов-деструкторов нефти. Найдены наиболее эффективные сочетания микробной интродукции с агротехническими приемами при выращивании на нефтезагрязнен-ной почве различных культур на примере гречихи и овса.
Главным сорбентом загрязняющих веществ, в том числе нефти и нефтепродуктов, является почва, точнее - ее твердая фаза, в то время как почвенно-грунтовые воды выполняют функцию диспетчера между твердой фазой и всеми остальными компонентами окружающей среды, включая биотические [1, 2, 6, 14, 23, 24, 27]. Нефть и нефтепродукты, попавшие в почву, подвергаются интенсивному воздействию внешних агентов, способствующих их выветриванию, трансформации и т.д. К числу наиболее активных агентов относятся солнечная радиация, режим температуры и влажности, минеральный состав почвы и активность биологических и особенно микробиологических процессов.
Как известно [3-5, 9-11, 13, 21, 25] интенсивность разложения нефти и нефтепродуктов напрямую зависит от обеспеченности почвы биогенными элементами, легкоусвояемыми биологически активными веществами и наличием микроорганизмов - нефтедеструкторов. Такие условия обеспечиваются инокуляцией в почву биопрепарата одного или нескольких активных штаммов микроорганизмов на фоне минеральных и органических удобрений. Внесение в почву биопрепарата одного или нескольких штаммов микроорганизмов оказывает значительное воздействие на биогенность почвы, которая выражается в интенсификации дыхания, увеличении численности бактерий и повышении активности почвенных ферментов.
Внесение биопрепарата, с одной стороны, способствует интенсивной деструкции нефти, а с другой - может привести к нарушению микробной
сукцессии, то есть к подавлению или исчезновению одних видов организмов и активному развитию других, что приводит к изменению устойчивости почвенной экосистемы в целом. Кроме того, деструкция трудноразлагаемых соединений нефти (полициклические ароматические углеводороды, смолы, асфальтены) возможна лишь ассоциациями различных групп микроорганизмов, а внесение одного или нескольких штаммов может быть недостаточно эффективным [25, 31].
Поэтому основой оптимального и комплексного воздействия при биологической рекультивации нефтезагрязненных почв является необходимость создания оптимальных условий для развития естественного углеводородокисляющего микробо-ценоза с помощью внесения азотно-фосфорных удобрений, усиления аэрации, полива, известкования и фитомелиорации. В процессе санации происходит селекция активных микроорганизмов, среди которых преобладают представители родов: Acinetobacter, Alcaligenes, Pseudomonas. Положительным качеством этой технологии является активизация аборигенной микрофлоры, так как они создают благоприятные условия для разрушения трудноразлагаемых углеводородов. Таким образом, активация процессов естественного самоочищения, в основе которой лежит деятельность микроорганизмов, приводит к быстрому разрушению углеводородов нефти и является экологически и экономически целесообразной [14, 18].
В настоящее время наиболее прогрессивной технологией очистки нефтезагрязненных почв считается использование интродуцированных в почву микроорганизмов или активация нативной
углеводородокисляющей микрофлоры почв, причем в обоих случаях в качестве основного механизма деструкции нефти предлагается рассматривать ее метаболическую утилизацию. Именно на эту область исследований направлены значительные теоретические и практические усилия [2, 7-9, 12, 26, 28-30, 32, 33].
Трансформация и разложение нефти и нефтепродуктов в почвах - процесс биохимический, длительный (от нескольких месяцев до десятков лет), в котором важное значение имеет функциональная активность комплекса почвенных микроорганизмов, обеспечивающих полную минерализацию нефти и нефтепродуктов до С02 и Н20. Поиски путей ускорения ремедиации нефтезаг-рязненных почв путем изучения характера и скорости деградации нефти и ее компонентов являются актуальной задачей.
Целью данной работы было изучение в модельном эксперименте возможности биологической рекультивации серой лесной почвы, загрязненной нефтью и нефтешламом с применением биогенных добавок и биопрепарата.
ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ
В качестве поллютантов использовали нефть Уфимского месторождения, а также ее тяжелую высокомолекулярную фракцию - спирто-бен-зольные смолы и асфальтены (нефтешлам). В работах [3-5] были изучены физико-химические свойства нефти, разделенной на фракции с помощью жидкостной хроматографии на колонке. Фракционный состав исходной нефти следующий (%): бензины - 41.3; парафинонафтены - 26.8; легкая ароматика - 5.8; тяжелая ароматика - 9.4; бензольные смолы - 6.3. Нефтешлам, состоящий из спирто-бензольных смол и асфальтенов, составляющих 4.0 и 6.5% соответственно от фракционного состава нефти, относится к ее высокомолекулярным компонентам.
В опытах при загрязнении почвы нефтью и нефтешламом была использована серая лесная почва Московской обл., содержащая 2.1% гумуса; рН солевой вытяжки этой почвы составил 6.6, гидролитическая кислотность 0.85 мг-экв/100 г, содержание Р205 и К20 6.9 и 6.3 мг/100 г, поглощенных Са2+ и М§2+ - 14.5 и 1.7 мг/100 г соответственно.
Использованная в работе комплексная биогенная добавка включала органическое и минеральное удобрения, а также новый биопрепарат. В качестве активатора аборигенной микрофлоры использовали активный ил (АИ). Он накапливается в больших количествах на очистных сооружениях при биологической очистке сточных вод [11, 12]. Сухой АИ содержит 27-40% белков, 6-9% азота, до 3% фосфора, значительное количество полисахаридов и обогащен витамином группы "В".
В состав активного ила входят водоросли, простейшие и коловратки, в результате чего он вызывает в загрязненной почве перестройку микробного ценоза, которая выражается в расширении ее видового разнообразия. АИ благоприятно влияет на биологические параметры почвы, возвращая к исходному уровню активность окислительно-восстановительных и гидролитических ферментов. АИ служит энергетическим материалом для почвенной микрофлоры, благодаря чему в почве усиливается активность микробных процессов (активизация роста микроорганизмов), под влиянием которых происходит мобилизация питательных веществ.
В качестве минерального удобрения использовали нитрофоску, в которой содержание элементов N, P, K составляет по 12%. Стимулирующий эффект минеральных удобрений объясняется оптимизацией концентрации питательных элементов в почвенном растворе и созданием определенной буферной емкости среды, что является важным фактором для обменных процессов микроорганизмов.
При изучении процесса деградации нефтезаг-рязненной серой лесной почвы в качестве биопрепарата были использованы микроорганизмы-деструкторы в виде штаммов, выделенных в Институте биохимии и физиологии микроорганизмов РАН [5]. Были взяты 2 штамма рода Rhodo-coccus: Ac1-1 и H5, которые были выделены из серой лесной почвы Московской обл. Кроме того, использованы 2 штамма рода Pseudomonas: K12 и B2-2, выделенные из почв Кировского региона. Биопрепарат, разбавленный до объема 200 мл водопроводной водой, вносили в почву в количестве 10.8 х 1011 клеток на сосуд. Количественный учет микрофлоры почвы проводили методом предельных разведений с высевом на агрегированные среды по стандартной методике. Биопрепарат вносили в вечернее время, почву хорошо рыхлили. В качестве фитотеста на нефтезагрязненных почвах выращивали зерновые культуры: гречиху и овес.
Методика проведения опыта. С целью изучения рекультивации серой лесной почвы, загрязненной нефтью и нефтепродуктами, были проведены вегетационные опыты в 21 сосуде из винилпласта размером 30 х 30 см. Сухую почву, просеянную через сито с диаметром отверстий 3 мм, увлажняли до 60% от полной влагоем-кости и вносили нефть в количестве 50 и 150 г/кг почвы (5 и 15%, соответственно). Предварительно почву тщательно перемешивали с нитрофоской и активным илом. Нитрофоску вносили в количестве 52 г/сосуд при загрязнении почвы нефтью с дозой 50 г/кг и 156 г/сосуд при загрязнении почвы нефтью с дозой 150 г/кг почвы. Органическое удобрение в виде активного ила вносили в
количестве 208.7 г/сосуд при загрязнении почвы нефтью с дозировкой 50 г/кг и 623.4 г/сосуд при загрязнении почвы в количестве 150 г/кг. Биопрепарат, включающий в себя 2 штамма рода Rhodo-coccus Ac1_1 и H5 и 2 штамма рода Pseudomonas K12 и B2-2, вносили в количестве 10.8 х 1011 клеток на сосуд в соответствии с вариантами опыта:
1. Исходная почва (ИП) - контроль;
2. Почва (П) + нефть (Н), 50 г/кг почвы;
3. П + Н, 50 г/кг почвы + активный ил (АИ) + + NPK;
4. П + Н, 50 г/кг почвы + АИ + NPK + биопрепарат (БП);
5. П + нефтешлам (НШ), 50 г/кг почвы;
6. П + НШ, 50 г/кг почвы + АИ + NPK + БП;
7. П + Н, 150 г/кг почвы + АИ + NPK;
8. П + Н, 150 г/кг почвы + АИ + NPK;
9. П + Н, 150 г/кг почвы + АИ + NPK + БП.
Для проверки почвы на фитотоксичность в
каждый сосуд по два ряда сажали гречиху и овес. В ходе эксперимента по мере необходимости проводили рыхление почвы и полив. При подготовке образцов почвы к экстракции нефти из каждого сосуда было отобрано по три образца. Из трех образцо
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.