Нефтяное загрязнение почв является одним из наиболее распространённых в России и мире в целом. Установлено, что дождевые черви способны уменьшать содержание нефти в почвах [1]. М. Витфилд Аслунд с соавт. [2] отмечает отсутствие острой токсичности нефтезагрязнённых почв для червей (90 % выживаемости), но нарушений у них репродукции. Опыты Козлова [3] на сплошное загрязнение почвенного профиля нефтью показали, что поведенческие реакции червей на внесение нефти не изменились. Концентрации 5 и 10 г/кг оказались для дождевых червей безвредными, далее, при увеличении концентрации, увеличивалась смертность червей. При концентрации 20 г/кг смертность составляла – 12–15 % экз. При концентрации нефти в почве 30 г/кг – 50 %. При концентрации нефти 100 г/кг – 98 % экз. Л.К. Жеребцовым [4] в лабораторных опытах с дождевыми червями (Eisenia fetida), показано, что для дождевых червей наиболее токсичны легкие фракции нефти, причем более толерантными к нефтяному загрязнению оказался навозный червь Е. fetida. В.В. Смольникова, Д.М. Дементьева, М.С. Дементьев [5] в чернозем внесли сырую нефть ставропольских месторождений из расчета 2,5 г/кг (верхний предел низкого уровня загрязнения). Дождевых червей вносили из расчета 15 экз./кг. Было установлено, что за первую неделю эксперимента во всех случаях наблюдается существенное снижение концентрации нефти в почве – от 3,8 %, а с использованием червей – 11,6 %. Фактически было установлено, что при относительно низких уровнях загрязнения (2–3 г/кг) только одно заселение в почву дождевых червей при благоприятных природных условиях достаточно для снижения концентрации нефти до 0,4 г/кг всего за один сезон (180 суток).
Цель исследования – оценка способности навозных 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 – 420 г/кг, рН – 6,45.
Виды дождевых червей
Навозный червь Eisenia fetida
Средняя масса червей составляла 0,41–0,92 г. Навозный червь холодоустойчив, способен перерабатывать агрессивные субстраты: птичий помет, навоз, а также субстрат с высоким содержанием коры и опилок. Дождевой червь (навозный, компостный, земляной) является одним из восьми родов семейства люмбрицид и относится к классу кольчатых малощетинковых червей. Обитает во всех видах почв, чаще всего в навозе, парниках, на свалках. Распространение всесветное.
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. fetida при различных концентрациях битума в почве. Протоколы испытаний.
|
Выживаемость, % |
Общая численность |
Общая продуктивность |
Критерий Фишера |
||
|
1 |
Контроль |
100 |
20 |
3 |
0,61 |
|
2 |
Байкал |
100 |
48 |
4 |
0,61 |
|
3 |
Тамир |
100 |
36 |
5 |
0,7 |
|
4 |
Восок |
100 |
36 |
4,3 |
0,7 |
|
5 |
50 г/кг + Байкал |
80 |
15 |
1 |
0,6 |
|
6 |
100 г/кг + Байкал |
80 |
15 |
1 |
0,6 |
|
7 |
50 г/кг + Тамир |
80 |
13 |
1 |
0,6 |
|
8 |
100 г/кг + Тамир |
70 |
10 |
1 |
0,6 |
|
9 |
50 г/кг + Восток |
70 |
10 |
1 |
0,6 |
|
10 |
100 г/кг + Восток |
70 |
9 |
1 |
0,6 |
Результаты экспериментов
Общая численность E. fetida и микробиологический препарат «Байкал-Эм-1»
В контрольном варианте общая численность E. fetida увеличилась в 2 раза, а при внесении биопрепарата «Байкал-Эм-1» в 5 раз. В варианте с концентрациейбитума 50 г/кг без биопрепарата выживаемость червей была 0 % ,а с микробиологическим препаратом – 80 %, и общая численность увеличилась в 1,5 раза. При внесении в почву 100 г/кг битума выживаемость червей составляла 80 % и общая численность составила 15 экз./сосуд (рис. 1).
В контрольном варианте общая численность E. fetida увеличилась в 2 раза, а при внесении биопрепарата «Тамир» в 3,5 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 %, общая численность достигла 10 экз./сосуд (рис. 2).
В контрольном варианте общая численность E. fetida увеличилась в 2 раза, а при внесении биопрепарата «Восток» в 3,5 раз. В варианте с концентрацией битума 50 г/кг, 100 и 125 г/кг и биопрепарата «Восток» выживаемость червей составляла 70 %, и общая численность достигла 10 экз./сосуд (рис. 3).
Рис. 1. Общая численность E. fetida и микробиологический препарат «Байкал-Эм»
Рис. 2. Общая численность E. fetida и микробиологический препарат «Восток»
Рис. 3. Общая численность E. fetida и микробиологический препарат «Восток»
Заключение
Высокая устойчивость к загрязнению почвы битумом 60 и 100 г/кг отмечена у E. fetida при внесении микробиологического препарата «Байкал». Выживаемость червей составила 80 %. С препаратом «Тамир» и «Восток» – 70 %.