Scientific journal

International Journal of Applied and fundamental research

ISSN 1996-3955

ИФ РИНЦ = 0,593

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]. 6. 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 дождевых червей к ремедиации почв, загрязненных отработанным машинным маслом.

Нашей задачей является установление максимальной концентрации масел в почве, при которой сохраняется жизнедеятельность дождевых червей и сроки полной очистки почвы от нефтепродуктов.

Материалы и методы исследования

Тест-субстрат

Тест субстратом для трех экспериментов была луговая почва стерильна для лабораторных испытаний «Питательный грунт Живая Земля (Terra Vita) Универсальный» Содержание гумуса 46 %, pH 5,9-6,0 и емкость поглощения 28–40 мг-экв на 100 г почвы; азот (NH₄ + NO₃) – 150 мг/л, фосфор (P₂O₅) – 270 мг/л, калий (K₂O) – 300 мг/л. Почва была загрязнена в эксперименте отработанным машинным маслом (начальные концентрации: 20 г/кг , конечные – 100 г/кг).

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. Средняя масса червей составляла 0,5-0,9 гр.

Микробиологический препарат

В качестве источника молочнокислых, азотофиксирующих и фотосинтезирующих бактерий использовали биопрепарат «Байкал – Эм» (Изготовлен ООО «НПО ЭМ-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.

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 гр. 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.

Результаты исследования и их обсуждение

Калифорнийский червь показал высокую устойчивость к загрязнению почвы машинным маслом. При внесении концентраций масла от 20 до 60 г/кг отмечалась 100 % выживаемость червей. Внесение микробиологического препарата при высоких концентрациях масла более 50 г/кг снизило выживаемость до 46–70 % калифорнийского червя. В контрольном варианте и при внесении микробиологического препарата выживаемость червей составила 100 %.

Общая численность E. andrei. В контрольном варианте общая численность составила 78 экз./сосуд, а при внесении микробиологического препарата возросла до 275 экз./сосуд. В варианте с концентрацией масла 20 г/кг общая численность увеличилась в 6,7 раз, а при внесении микробиологического препарата в 3,8 раза. При концентрации масла 40 г/кг, общая численность увеличилась в 3 раза, как при внесении микробиологического препарата, так и без него. При внесении в почву 60–100 г/кг масла общая численность увеличилась в 1,5–3 раза, как при внесении микробиологического препарата так и без него.

Общая продуктивность E. andrei.

Максимальная общая продуктивность 17–18 коконов/сосуд отмечена в контрольном варианте, при внесении микробиологического препарата и при внесении низких концентраций масла 20–40 г/кг. Увеличение концентрации масла оказывало токсический эффект на E. andrei и снижало откладку коконов, причем внесение микробиологического препарата усиливало токсический эффект.

Индивидуальная продуктивность E. andrei

Максимальная индивидуальная продуктивность 1,6–1,7 коконов на червя отмечена в контрольном варианте, при внесении микробиологического препарата и при внесении низких концентраций масла 20–40 г/кг. Увеличение концентрации снижало откладку коконов до 1,06 при концентрации 60 г/кг, а при внесении микробиологического препарата до 0,6 и при концентрации 80 г/кг – 0,35, а с микробиологическим препаратом до 0,23 коконов на червя.

Выживаемость, общая численность, общая продуктивность и индивидуальная продуктивность дождевых червей при различных концентрациях отработанного масла в почве. Протоколы испытаний

Рис. 1. Общая численность E. andrei

Рис. 2. Изменение общей численности E. andrei при культивировании в почвах, загрязненных отработанным автомобильным маслом(p < 0,05) (с указанием величины абсолютной погрешности с достоверностью 95 %). Цифры от1 до 12 соответствуют вариантам эксперимента 1, указаны в таблице

Рис. 3

В контрольном образце (обр. 1) без внесения биопрепарата «Байкал – Эм-1» общая численность E. andrei увеличилась в 7,8 раз (p < 0,001) и достигла 78 особи в одном образце, (относительная погрешность составила 10–20 %, рис. 2, а) а при внесении микробиологического препарата «Байкал Эм-1» общая численность червей возросла в 28 раз и составила 275 особи (относительная погрешность составила от 5 до 10 %). При введении в состав почвы 20 г/кг отработанного автомобильного масла (обр. 3 и 4) общая численность червей увеличилась в 6 раз и достигла 67 особей (относительная погрешность составила 20–40 %), а при внесении биопрепарата «Байкал – Эм-1» – 38 особей(относительная погрешность составила 10 %). При внесении отработанного автомобильного масла 40 г/кг, общая численность червей увеличилась в 3 раза, а при внесении биопрепарата «Байкал – Эм-1» при том же содержании масла (обр. 6) в 4 раза (относительная погрешность 20 %) (p < 0,05).

При внесении в почву 60–100 г/кг отработанного автомобильного масла отмечалась 90 % выживаемость червей, а при внесении микробиологического препарата «Байкал Эм-1» выживаемость снизилась до 66 %. Для образцов 8, 10, 12 содержание отработанного автомобильного масла в каждом образце составляло 60–100 г/кг (p < 0,05). Общая численность в варианте 8, при внесении отработанного автомобильного масла 60 г/кг увеличилась в 1,8 раз и составляла 18 особей на сосуд (рис. 1) (относительная погрешность составила 25 %) (p < 0,05). В варианте с концентрацией отработанного автомобильного масла 80 г/кг общая численность навозных червей увеличилась в 3 раза (относительная погрешность 40 %) (p < 0,05). А при внесении отработанного автомобильного масла 100 г/кг общая численность навозных червей увеличилась в 2 раза (относительная погрешность 50 %) (p < 0,05).

Разложение углеводородов отработанного масла

При внесении низких концентраций масла 20 г/кг эффективность разложения 90 % (0,8 г/кг), а при внесении микробиологического препарата «Байкал-Эм» – 92 % (1,62 г/кг). При внесении масла в почву 40 г/кг в варианте с калифорнийским червем концентрация масла снизилась до 0,8 г/кг (эффективность 99 %), а при внесении микробиологического препарата эффективность разложения углеводородов составила 96 % (1,7 г/кг). При внесении масла в почву 60 г/кг в варианте с навозным червем концентрация снизилась до 10,8 г/кг, эффективность – 81 %, а при внесении микробиологического препарата эффективность составила 99 % (1,1 г/кг). При внесении масла в почву 80 г/кг в варианте с навозным и калифорнийским червем концентрация снизилась до 18,1 г/кг, эффективность – 77 %, а при внесении микробиологического препарата содержание масла снизилось до 4,7 г/кг (эффективность 94 %). При концентрации масла 100 г/кг в варианте с навозным червем концентрация масла снизилась до 5,7 г/кг, эффективность 94 %, а при внесении микробиологического препарата содержание масла снизилось до 31,7 г/кг (эффективность 68 %).

Заключение

В нашем исследовании отмечена высокая выживаемость дождевых червей до 100 % при низких концентрациях отработанного масла до 50 гр/кг. Низкие концентрации масла 20–40 г/кг оказывают стимулирующее влияние на все виды дождевых червей, стимулируя откладку коконов. Внесение микробиологического препарата снижало выживаемость и репродуктивный потенциал E. andrei до 70 %.

Наиболее устойчивым к загрязнению почвы отработанным машинным маслом оказался E. andrei. При внесении различных концентраций масла отмечался значительный рост численности в 3 раза. При внесении концентраций масла от 20 до 80 г/кг отмечалась 100 % выживаемость E. andrei и стабильный рост численности червей, при концентрации масла 100 г/кг выживаемость составила 70 %. Эффективность и скорость деградации масла зависит от концентрации его в почве. При внесении низких концентраций отработанного масла 20–40 г/кг почвы процесс рекультивации занимал 4 месяца, в ходе которого концентрация углеводородов снижалась на 97-99 %. Внесение микробиологического препарата оказывало существенное влияние на процесс деградации масла. В процессе вермикультивирования содержание масла снижалось на 60–90 %.