Дождевые черви могут ускорить процесс удаления загрязняющих веществ из почвы. Дождевые черви изменяют физические и химические свойства почвы, смешивая ее с органическим веществом, они улучшают аэрацию и делают загрязняющие вещества доступными для микроорганизмов. Присутствие дождевых червей в загрязненной почве указывают на то, что они могут выжить в широком спектре различных органических загрязнителей, таких, как полициклические ароматические углеводороды (Пау), полихлорированные бифенилы (Пхб), и нефть. [1].
Установлено, что дождевые черви могут сохраняют жизнеспособность при высокой концентрации загрязняющих веществ. Например, E. fetida выжил в почве, загрязненной нефтью 3500 мг/кг [2], а E. andrei при концентрации карбендазима 100 мг/кг, поэтому они могут быть использованы для ремедиации загрязненных почв, хотя выживание их зависит от продолжительности экспозиции, и метаболизма [3,4]. Natal-Da-Luz, 2012 сообщили о выживании червей в загрязненной почве, но о снижении их биомассы [5]. Удаление полициклических ароматических углеводородов (Пау) в почве отмечено в большинстве исследований и выживаемость дождевых червей не изменилась даже при высоких концентрациях загрязняющих веществ (<100 мг/кг). В эксперименте отмечена высокая выживаемость червей E. andrei (87,5 %), но снижение веса на 17,3 % по сравнению с начальным весом дождевых червей.
Исследования показали, что внесение органического материала оказывало положительное влияние на выживаемость дождевых червей в загрязненных почвах, но отмечено снижение веса дождевых червей. Buch et al., 2013 отметил 90 % выживаемость Eisenia andrei при концентрации карбендазима в почве от 1 до 100 мг/кг и снижение веса на 60 % без добавления органического вещества. [6].
Цель исследования: Оценка способности калифорнийских червей к ремедиации почв, загрязненных битумом с использованием микробиологических препаратов «Байкал-Эм1», «Восток-Эм» и «Тамир».
Нашей задачей является установление максимальной концентрации битума в почве, при которой сохраняется жизнедеятельность дождевых червей и сроки полной очистки почвы от нефтепродуктов.
Тест-субстрат
Тест субстратом для трех экспериментов была черноземная почва ЗАО «СибНИИСхоз». Почва была загрязнена в эксперименте мазутом (начальные концентрации: 50 г/кг , конечные – 150 г/кг). Состав субстрата: Содержание гумуса – 6,5 %, азот общий – 0,3 %, фосфор валовый – 1980 мг/кг, фосфор подвижный – 92 мг/кг, калий обменный – 420г/кг, рН – 6,45.
Виды дождевых червей Калифорнийский червь Eisenia andrei
Красные калифорнийские черви способны переработать любую органику (навоз, кухонные отходы, осадки сточных вод, прошлогодняя листва, бумага и многое другое), очень быстро размножаются (в 100 раз быстрее, чем другие виды) и в 4 раза дольше живут по сравнению с дикими червями. Калифорнийские, как и другие дождевые черви ничем не болеют, не подвергаются эпидемиям. Продолжительность жизни калифорнийских червей составляет не менее 16 лет. Длина половозрелых червей 70–85 мм, ширина в области пояска 4–5 м. Число сегментов 101–117. Имеется интенсивная пигментация красного цвета с малиновым оттенком. Головная лопасть эпилобическая открытая. Средняя масса червей составляла 0,5–0,9 г.
Микробиологический препарат
В качестве источника молочнокислых, азотофиксирующих и фотосинтезирующих бактерий использовали биопрепарат «Байкал – Эм» (Изготовлен ООО «НПОЭМ-Центр», Россия» (номер государственной регистрации 226–19,156–1) в количестве 5 мл на 1 кг субстрата при уровне загрязнения нефтепродуктами выше 50 г/кг почвы. Биопрепарат содержит большое количество анабиотических микроорганизмов, обитающих в почве: молочнокислые, азотфиксирующие, нитрифицирующие бактерии, актиномицеты, дрожжи и ферментирующие грибы.
Препарат «Восток ЭМ-1» – это концентрированная культура эффективных микроорганизмов, содержащая полезные микробы в устойчивом неактивном состоянии. Основу препарата составляют фотосинтетические и молочнокислые бактерии, дрожжи, актиномицеты и ферментные грибки. Он обладает исключительной многофункциональностью, благодаря широчайшему диапазону действия входящих в него микроорганизмов. Эти микроорганизмы обеспечивают питание растениям, подавляют вредные факторы, оздоравливают почву, создавая положительную среду вокруг себя. Взаимодействуя между собой в почве, они перерабатывают органику в легкодоступные и легкоусвояемые вещества.
Биологически активный препарат «Тамир» (серии ЭМ) предназначен для утилизации органических отходов. Применение его широко, от возрождения плодородия почвы до утилизации органических отходов. Он применяется в выгребных ямах, для очистки канализационных систем и стоков от жировых отложений и засоров, восстановления дренажа, устранения неприятных запахов, а также для ускоренной (за 2–3 недели) переработки в высококачественный компост бытовых и сельскохозяйственных отходов (остатков пищи, ботвы, сорняков, опилок, навоза и т.п.). Препарат «Тамир» – это живое сообщество 86 полезных почвенных микроорганизмов с усиленной способностью к переработке и ферментации органических отходов. Применение ЭМ-препаратов позволяет решать проблемы загрязнения окружающей среды и других негативных последствий индустриализации естественными методами. ЭМ-препараты существенно улучшают экологическое состояние биосферы.
Методики анализа содержания в почве нефтепродуктов и органических веществ
Отбор проб почвы для анализа содержания нефтепродуктов и органических веществ проводили по ГОСТ 28168, ГОСТ 17.4.3.01 и ГОСТ 17.4.4.02. Почву размалывали в ступке. Из размолотой почвы отбирали пробу массой 3 – 5 г и дополнительно измельчали до размера частиц менее 0,3 мм и просеивали через сито с размерами ячеек 0,25 мм. Для определения содержания нефти или нефтепродуктов в почве была использована методика, предложенная институтом экспериментальной метрологии (ссылка). Данный метод основан на экстракции нефтепродуктов из почвы четыреххлористым углеродом с одновременной очисткой элюатов на окиси алюминия в хроматографической колонке. Концентрацию нефтепродуктов в элюате определяли методом ИК-спектрофотометрии на анализаторе нефтепродуктов ИКН-025 при длине волны 3,4 мкм.
Протоколы испытаний
Исследования проводились в течение 4 месяцев. В полипропиленовые сосуды, объемом 2 литра, на дно укладывали дренаж. Затем засыпали слой почвы толщиной 15 см (1 кг). В каждый вариант вносили по 10 половозрелых червей в каждый сосуд и поливали дистиллированной водой 1 раз в неделю по 100 мл. Червей подкармливали свежим тертым картофелем 1 раз в неделю по 5 г и увлажняли почву 2 раза в неделю по 100 мл дистиллированной воды. Разбор червей проводили через 14 дней вручную послойно. Червей инкубировали при температуре +15°С в течение 4 месяцев. Процесс контролировали по следующим показателям: численность общая, численность половозрелых особей, Полученные результаты были обработаны с использованием рангового метода Фридмана. Протоколы испытаний представлены в таблице.
Выживаемость, общая численность, общая продуктивность и индивидуальная продуктивность навозных червей E. andrei при различных концентрациях битума в почве. Протоколы испытаний
|
Выживаемость % |
Общая численность |
Общая продуктивность |
Критерий Фишера |
|
|
контроль |
100 |
15 |
0 |
0,7 |
|
Байкал |
100 |
25 |
1,3 |
0,7 |
|
Тамир |
100 |
32 |
3,6 |
0,7 |
|
Восок |
100 |
23 |
3 |
0,7 |
|
50 г/кг+Байкал |
80 |
12 |
0,6 |
0,72 |
|
100 г/кг+Байкал |
80 |
11 |
1 |
0,72 |
|
50 г/кг+Тамир |
80 |
12 |
1 |
0,72 |
|
100 г/кг+Тамир |
70 |
10 |
1 |
0,72 |
|
50 г/кг+Восток |
70 |
12 |
0,6 |
0,72 |
|
100 г/кг+Восток |
50 |
10 |
0,6 |
0,72 |
Результаты экспериментов
В контрольном варианте общая численность E. andrei увеличилась в 1,5 раза, а при внесении биопрепарата «Байкал-Эм-1» в 2,5 раз. В варианте с концентрацией битума 50 и 100 г/кг без биопрепарата выживаемость червей была 0 %,а с микробиологическим препаратом – 80 %, и общая численность составила 12 экз/сосуд. (рис. 1)
Рис. 1. Общая численность E. andrei и микробиологический препарат «Байкал-Эм»
В контрольном варианте общая численность E. andrei увеличилась в 1,5 раза, а при внесении биопрепарата «Тамир» в 3,2 раз. В варианте с концентрацией битума 50 г/кг без биопрепарата выживаемость червей была 0 % ,а с микробиологическим препаратом – 80 %, и общая численность составила 12 экз/сосуд. При внесении в почву 100 г/кг битума и биопрепарата «Тамир», выживаемость – 70 %, и общая численность составила 10 экз./сосуд. (рис. 2).
Рис. 2. Общая численность E. andrei и микробиологический препарат «Восток»
В контрольном варианте общая численность E. andrei увеличилась в 1,5 раза, а при внесении биопрепарата «Восток» в 2,3 раз. В варианте с концентрацией битума 50 г/кг, с микробиологическим препаратом «Восток» отмечалась 70 % выживаемость червей и общая численность составила 12 экз./сосуд. При внесении в почву 100 г/кг битума и биопрепарата «Восток», выживаемость – 50 %, и общая численность составила 10 экз./сосуд.(рис. 3).
Рис. 3. Общая численность E. Andrei и микробиологический препарат «Восток»
Рис. 4. Разложение битума в почве
Заключение
При внесении битума 50 г/кг, в контрольном варианте снижение концентрации битума не наблюдалось. При внесении препарата «Байкал-Эм» концентрация битума сократилась до 2,52 г/кг (эффективность 96 %). При внесении препарата «Восток» концентрация битума сократилась до 3,7 г/кг (эффективность 94 %). Лучшие результаты отмечены при внесении препарата «Тамир», при внесении которого концентрация битума сократилась до 0,88 г/кг (эффективность 99 %).
При внесении битума 100 г/кг, в контрольном варианте снижения концентрации битума не наблюдалось. При внесении препарата «Байкал» концентрация битума сократилась до 4,7 г/кг (эффективность 95 %). Самая низкая эффективность разложения битума отмечена при внесении препарата «Восток», концентрация битума сократилась до 15 г/кг (эффективность 85 %). Внесение препарата «Тамир» показало высокую эффективность, концентрация битума сократилась до 3,75 г/кг (эффективность 95 %).