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]. Термин вермиремидиация использовался для указания использования червей для удаления загрязняющих веществ из почвы [2] и в разложении неутилизируемых соединения [3]. Положительное влияние дождевых червей на удаление загрязняющих веществ, таких как нефть, Пау, Пхб, было отмечено несколькими авторами [4;5; 6,7]. Дождевые черви роя норы в почве, смешивают почву в своем кишечнике [8] и они изменяют физические и химические свойства почвы. Так дождевые черви увеличивают контакт между загрязняющими веществами и почвенными микроорганизмами [9]. Кроме того, культивирование дождевых червей в почве может увеличить удаление загрязняющих веществ [10]. Lopes, P.R.M., Montagnolli, R.N., 2010 изучали влияние различных типов автомобильных смазочных масел на дождевых червей. Отработанное масло является очень токсичным для педобионтов и является канцерогеном. Смазочные масла подвергаются биоразложению с использованием Eisenia fetida на 40 % [11].
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
Червь Dendrobena veneta
Встречается там всюду вблизи домов, в огородах, садах, виноградниках, лесах; довольно высоко идет в горы. Средняя масса червей составляла 0,9–1,42 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.
Выживаемость, общая численность, общая продуктивность и индивидуальная продуктивность дождевых червей при различных концентрациях отработанного масла в почве. Протоколы испытаний
|
Выживаемость % |
Общая численность |
Общая продуктивность |
Индивидуальная продуктивность |
||
|
1 |
контроль |
100 |
45,00 |
18,33 |
1,5 |
|
2 |
Микробиологический препарат |
100 |
94,00 |
20,66 |
1,3 |
|
3 |
почва, загрязненная маслом 20 г/кг |
90 |
60,33 |
18,33 |
2,14 |
|
4 |
почва, загрязненная маслом 20 г/кг и микробиологический препарат |
96 |
27,00 |
10,66 |
1,25 |
|
5 |
почва, загрязненная маслом 40 г/кг |
80 |
26,66 |
7,33 |
0,84 |
|
6 |
почва, загрязненная маслом 40 г/кг и микробиологический препарат |
86 |
15,66 |
5,33 |
0,66 |
|
7 |
почва, загрязненная маслом 60 г/кг |
80 |
15,00 |
2,33 |
0,61 |
|
8 |
почва, загрязненная маслом 60 г/кг и микробиологический препарат |
66 |
10,00 |
1 |
0,35 |
|
9 |
почва, загрязненная маслом 80 г/кг |
70 |
5,00 |
5 |
0,23 |
|
10 |
почва, загрязненная маслом 80 г/кг и микробиологический препарат |
66 |
13,00 |
0,00 |
0,75 |
|
11 |
почва, загрязненная маслом 100 г/кг |
60 |
6,00 |
0 |
0 |
|
12 |
почва, загрязненная маслом 100 г/кг и микробиологический препарат |
53 |
11,00 |
3,66 |
0,68 |
|
Ранговый ДА и конкордация Кендалла |
– |
0,67 |
0,72 |
0,56 |
Рис. 1. Общая численность Dendrobena veneta
Результаты исследования и их обсуждение
Высокая выживаемость Dendrobena veneta 86–100 % отмечена в контрольном варианте, при внесении микробиологического препарата и при внесении низких концентраций масла 20–40 г/кг. Увеличение концентрации масла до 60–100 % снизило выживаемость до 53–66 %.
Общая численность Dendrobena veneta. В контрольном варианте общая численность составила 45 экз./сосуд, а при внесении микробиологического препарата – 94 экз./сосуд. В варианте с концентрацией масла 20 г/кг общая численность увеличилась в 6 раз и составила 60 особей на сосуд, а при внесении микробиологического препарата общая численность увеличилась в 2,7 раза и достигла 27 особей на сосуд. При концентрации масла 40 г/кг, общая численность увеличилась в 2,6, а при внесении микробиологического препарата в 1,5 раза. При внесении в почву 60 г/кг масла общая численность увеличилась в 1,5 раза, а при внесении микробиологического препарата осталась без изменений. В вариантах с концентрацией нефти 80-100 г/кг отмечено снижение выживаемости и общей численности червей.
Общая продуктивность Dendrobena veneta
Максимальная общая продуктивность 18–20 коконов/сосуд отмечена в контрольном варианте, при внесении микробиологического препарата и при внесении масла 20 г/кг. Внесение микробиологического препарата снизило откладку коконов в 2 раза. При концентрации масла более 40 г/кг откладка коконов составила 2–5 коконов на сосуд, при внесении микробиологического препарата откладки коконов не наблюдалось.
Индивидуальная продуктивность Dendrobena veneta
Максимальная индивидуальная продуктивность 1,3–2,14 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 0,61 при концентрации 60 г/кг, а при внесении микробиологического препарата до 0,35 и при концентрации 80 г/кг – 0,23.
В контрольном образце (обр. 1) без внесения биопрепарата «Байкал – Эм-1» общая численность Dendrobena veneta увеличилась в 4,5 раз (p < 0,001) и достигла 45 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 9 раз и составила 94 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 60 особей (относительная погрешность составила 20 %), а при внесении микробиологического препарата «Байкал Эм-1» общая численность червей возросла в 2,7 раз и составила 27 особи (относительная погрешность составила от 10 до 20 %). При внесении отработанного автомобильного масла 40 г/кг, общая численность червей увеличилась в 2,5 раза, а при внесении биопрепарата «Байкал – Эм-1» при том же содержании масла (обр. 6) в 1,5 раза (относительная погрешность 20–50 %) (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 43 %. 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 1,5 раз и составляла 15 особей на сосуд (рис. 1) (относительная погрешность составила 35–40 %) (p < 0,05), а при внесении микробиологического препарата «Байкал Эм-1» общая численность червей составила 10 особи (относительная погрешность составила 10 %) В варианте с концентрацией отработанного автомобильного масла 80 г/кг общая численность навозных червей снизилась до 5 экз. (относительная погрешность 10 %) (p < 0,05), а при внесении микробиологического препарата «Байкал Эм-1» общая численность червей возросла до 13 особей (относительная погрешность составила 10–20 %). В варианте с концентрацией отработанного автомобильного масла 100 г/кг общая численность навозных червей снизилась до 6 экз.(относительная погрешность 10 %) (p < 0,05), а при внесении микробиологического препарата «Байкал Эм-1» общая численность червей возросла до 11 особей (относительная погрешность составила 10–20 %).
Рис. 2. Изменение общей численности Dendrobena veneta 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. Разложение углеводородов масла в почве при использовании D. veneta
Разложение углеводородов отработанного масла
При внесении низких концентраций масла 20 г/кг эффективность разложения 99 % (0,01 г/кг), а при внесении микробиологического препарата «Байкал-Эм» – 90 % (1,2 г/кг). При внесении масла в почву 40 г/кг в варианте с Dendrobena veneta концентрация масла снизилась до 2,4 г/кг (эффективность 93 %), а при внесении микробиологического препарата эффективность разложения углеводородов составила 87 % (4,9 г/кг). При внесении масла в почву 60 г/кг в варианте с Dendrobena veneta концентрация снизилась до 2,6 г/кг, эффективность – 95 %, а при внесении микробиологического препарата эффективность составила 70 % (18,5 г/кг). При внесении масла в почву 80 г/кг в варианте с Dendrobena veneta концентрация снизилась до 6,0 г/кг, эффективность – 92 %, а при внесении микробиологического препарата содержание масла снизилось до 25 г/кг (эффективность 68 %). При концентрации масла 100 г/кг в варианте с Dendrobena veneta концентрация масла снизилась до 20 г/кг, эффективность 80 %, а при внесении микробиологического препарата содержание масла снизилось до 10 г/кг (эффективность 90 %).
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 D. veneta до 53 %.
При внесении концентраций масла от 20 до 60 г/кг отмечалась 80–90 % выживаемость Dendrobena veneta и стабильный рост численности червей, а при концентрации масла 80–100 г/кг выживаемость составила 40–50 %. Увеличение концентрации масла до 60–100 % снизило выживаемость до 53–66 %.