Научный журнал
Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований

ISSN 1996-3955
ИФ РИНЦ = 0,570

РЕКУЛЬТИВАЦИЯ ПОЧВ, ЗАГРЯЗНЕННЫХ ОТРАБОТАННЫМ АВТОМОБИЛЬНЫМ МАСЛОМ, С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ДОЖДЕВЫХ ЧЕРВЕЙ DENDROBAENA VENETA И МИКРОБИОЛОГИЧЕСКИХ ПРЕПАРАТОВ

Чачина С.Б. 1 Жигулин С.С. 1
1 ФГБОУ ВПО «Омский государственный технический университет»
Изучена эффективность биоремедиации в почве, загрязненной отработанным автомобильным маслом в количестве 40-100 г/кг, при использовании дождевых червей D. veneta, в присутствии бактерий Pseudomonas, азотофиксирующих бактерий Azotobacter и Clostridium, дрожжей Saccharomyces, грибов Aspergillus и Penicillium, Actinomycetales, входящих в состав биологических препаратов «Байкал ЭМ 1» и «Тамир». Показано, что после 18 недель выдержки образцов загрязненной маслом почвы, содержащей червей и бактерии, количество углеводородов в почве снизилось на 60-77 %.
дождевые черви
Dendrobaena veneta
биоремедиация
биологическая рекультивация
удаление углеводородов
загрязнение почвы
1. Волостнов Д.В. Предварительная оценка интегрального ущерба окружающей среде при добыче нефти и газа на предпиятиях АО Томскнефть / Д.В. Волостнов // Чтения памяти Ю.А. Львова: II Межрегион. эколог. конф. – Томск, 1998. – С. 91-93.
2. Хазиев Ф.Х. Изменение биохимических процессов в почвах при нефтяном загрязнении и активация разложения нефти / Ф.Х. Хазиев, Ф.Ф. Фатхиев //Агрохимия. – 1981. – № 10. – С. 102–111.
3. Assessment of the acute toxicity of crude oils in soils using earthworms, Microtox(R) and plants / P. B. Dorn [et al] // Chemosphere. – 1998. Vol. 37. – P. 845-860.
4. Atlas R.M. Bioremediation of petroleum pollutants / R.M. Atlas // International Biodeterioration & Biodegradation. – 1995. Vol. 35. – P. 317–327.
5. Bioaugmentation and biostimulation effects on PAH dissipation and soil ecotoxicityundercontrolled conditions / H. Hamdi [et al.] // Soil Biol. Biochem. – 2007. Vol. 39. – Р. 1926–1935.
6. Hickman Z.A. The co-application of earthworms (Dendrobaena veneta) and compost to increase hydrocarbon losses from diesel contaminated soils / Z.A. Hickman, B.J. Reid // Environ. Int. – 2008. Vol. 34. – P. 1016–1022.
7. Johnsen A.R. Diffuse PAH contamination of surface soils: environ- mental occurrence bioavailability, and microbial degradation / A.R. Johnsen, U. Karlson // Appl. Microbiol. Biot. – 2007. Vol. 76. – P. 533–543.
8. Juwarkar A.A. A comprehensive overview of elementsin bioremediation / Juwarkar, A. A., Singh S. K., Mudhoo A. // Rev. Environ. Sci. Biotechn. – 2010. Vol. 9. – P. 215–288.
9. Margesin R. Biological decontamination of oil spills in cold environments / Margesin R., Schinner F. // J. Chem. Technol. Biotechnol. – 1999. Vol. 74. – P. 381–389.

В результате добычи нефти на месторождениях при ее транспортировке неминуемо происходит загрязнение окружающей среды, по причине аварий и нештатных ситуаций, приводящее к нарушению естественного баланса [1, 3].

Многие авторы в своих исследованиях доказали, что самостоятельное восстановление почвенного плодородия происходит достаточно неэффективно [2, 9].

Все попытки восстановления нарушенных почв только физическими и химическими методами в большинстве своём увенчиваются неудачами. Поэтому наиболее эффективным является комплексный подход к биоремедиации.

Биоремедиация при углеводородном загрязнении почвы часто предполагает добавление питательных веществ или микроорганизмов (биостимуляция и биоаугменация) [4].

Дождевые черви могут ускорить процесс удаления загрязняющих веществ из почвы. Они могут изменить химический состав и свойства почвы, смешивая её с органическими веществами, тем самым позволяют микроорганизмам разлагать нефтепродукты, либо при помощи их роющего образа жизни позволяют почве насыщаться воздухом.

Наличие дождевых червей в загрязненных почвах указывает на то, что они могут выжить в широком спектре различных органических загрязнителей, таких как пестициды, гербициды, полициклические ароматические углеводороды (ПАУ), по крайней мере, когда концентрации загрязняющих веществ не являются слишком высокими [5, 8, 7].

Hickman и Reid обнаружили в почве малых неполовозрелых дождевых червей Dendrobaena veneta и коконы при добавлении 16 различных ПАУ (500 мг/кг-1) и 10 половозрелых червей кг-1 после 84 дней [6].

Учитывая вышеизложенное, задачей настоящего исследования было изучение эффективности биоремедиации загрязненной почвы при использовании дождевых червей D. veneta в присутствии биопрепаратов «Байкал ЭМ 1» и «Тамир» в почве, загрязненной различными концентрациями автомобильного масла (от 40 г/кг до 100 г/кг).

Материалы и методы исследования

Виды дождевых червей

Для проведения вермирмедиации загрязненной маслом почвы были выбраны дождевые черви Dendrobaena veneta. В эксперименте использовались только половозрелые особи. Взрослые особи были приобретены в ЛПХ Ермак (Россия, г. Саратов). Средняя масса червей составляла 0,9-1,42 г.

Микробиологический препарат

В качестве источника молочнокислых, азотофиксирующих бактерий использовали биопрепарат «Байкал ЭМ 1» (изготовлен ООО «НПО ЭМ-Центр», Россия (номер государственной регистрации 226-19.156-1)), биопрепарт «Тамир» (изготовлен ООО «НПО ЭМ-Центр», Россия (номер государственной регистрации 77.01.03.929)), в количестве 5 мл на 1 кг субстрата при уровне загрязнения нефтепродуктами свыше 40 г/кг почвы. Биопрепараты содержат большое количество микроорганизмов, обитающих в почве: молочнокислые, азотфиксирующие, нитрифицирующие бактерии, актиномицеты, дрожжи и ферментирующие грибы.

Биологически активный препарат «Тамир» (серии ЭМ) предназначен для утилизации органических отходов. Применение его широко: от возрождения плодородия почвы до утилизации органических отходов. 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.

Почвенный субстрат

Тест-субстратом для трех экспериментов была черноземная почва ЗАО «СибНИИСхоз». Почва была загрязнена в эксперименте отработанным автомобильным маслом (минимальная концентрация – 40 г/кг, максимальная – 100 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.

Всего было подготовлено 2 серии образцов загрязненных почв.

В образцах серии 1, для получения образцов загрязненных почв, в почву было внесено отработанное автомобильное масло в количестве 40-100 г/кг с внесением червей D. veneta и микробиологического препарата «Байкал ЭМ 1».

В образцах серии 2, для получения образцов загрязненных почв, в почву было внесено отработанное автомобильное масло в количестве 40-100 г/кг с внесением червей D. veneta и микробиологического препарата «Тамир».

Подготовка образцов почвы

В полипропиленовые емкости объемом 2 литра на дно укладывали дренаж. В качестве дренажа использовался керамзит с диаметром частиц 2 см, на дренаж насыпали слой почвы толщиной 15 см (1 кг). В каждую емкость вносили по 10 половозрелых червей. На протяжении всего эксперимента почву увлажняли один раз в неделю, добавляя в каждую емкость по 100 мл дистиллированной воды. Сосуды с почвой накрывали хлопчатобумажной тканью. Червей подкармливали свежим тертым картофелем по 5 г 1 раз в неделю. Червей инкубировали при температуре 15 °C в течение 5 месяцев. Инкубирование экспериментальных образцов загрязненных почв с введенными червями и добавлением микробиологического препарата, а также контрольных образцов почвы проводилось в течение 7 месяцев – с ноября 2014 г. по май 2015 г.

Определение содержания нефтепродуктов и органических веществ в загрязненных инкубированных почвах.

Отбор проб из образцов почвы, загрязненных нефтепродуктами, для анализа содержания нефтепродуктов и органических веществ в образцах проводили по ГОСТ Р 54039-2010. Качество почв.

Экспресс-метод спектроскопии в ближней инфракрасной области для определения содержания нефтепродуктов.

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 нефтепродуктов в почве была использована методика, предложенная институтом экспериментальной метрологии. Данная методика основана на определении количества углеводородов, экстрагированных четыреххлористым углеродом из загрязненной почвы. Полученный элюат заливали в кювету ИК-спектрофотометра ИКН-025 и определяли количество нефтепродуктов в элюате при длине волны 3,42 мкм.

Полученные результаты были обработаны с использованием рангового метода Фишера с использованием лицензионной программы «Статистика».

Результаты исследования и их обсуждение

Изменение количества червей при внесении различных концентраций масла.

Исследование выживаемости

Общая численность Dendrobaena veneta и микробиологический препарат «Байкал ЭМ 1».

В контрольном варианте общая численность D. veneta увеличилась в 2,3 раза, а при внесении биопрепарата «Байкал ЭМ 1» в 3,2 раза. В варианте с концентрацией масла 40 г/кг и микробиологическим препаратом «Байкал ЭМ 1» выживаемость червей составила 60 % на протяжении 16 недель исследования, и общая численность составила 6 экз/сосуд. В варианте с концентрацией масла 60 г/кг и биопрепаратом выживаемость червей составила 100 % на 16 неделе исследования, и общая численность составила 11 экз/сосуд. В варианте с концентрацией масла 80 г/кг и биопрепаратом выживаемость червей составила 90 % на 16 неделе исследования, и общая численность составила 9 экз/сосуд. А при концентрации масла 100 г/кг выживаемость на 16 неделе составила 70 %, общая численность составила 7 экз/сосуд.

Общая численность Dendrobaena veneta и микробиологический препарат «Тамир».

В контрольном варианте общая численность D. veneta увеличилась в 2,3 раза, а при внесении биопрепарата «Тамир» в 2,7 раза. В варианте с концентрацией масла 40 г/кг и микробиологическим препаратом «Тамир» выживаемость червей составила 80 % на протяжении 16 недель исследования, и общая численность составила 8 экз/сосуд. В варианте с концентрацией масла 60 г/кг и биопрепаратом выживаемость червей составила 60 % на 16 неделе исследования, и общая численность составила 6 экз/сосуд. В варианте с концентрацией масла 80 г/кг и биопрепаратом выживаемость червей составила 100 % на 16 неделе исследования, и общая численность составила 10 экз/сосуд. А при концентрации масла 100 г/кг выживаемость на 16 неделе составила 80 %, и общая численность составила 8 экз/сосуд.

Разложение углеводородов нефтепродуктов

Изменение общей численности D. veneta в процессе инкубирования загрязненных маслом почв с использованием микробиологических препаратов через 18 недель инкубирования

№ п/п

Концентрация масла, г/кг

Выживаемость, %

Общая численность

1

Контроль

100

22,9

2

Байкал

100

32

3

Тамир

100

27,9

4

40 г/кг + Байкал

50

5

5

60 г/кг + Байкал

100

11

6

80 г/кг + Байкал

90

9

7

100 г/кг + Байкал

60

7

8

40 г/кг + Тамир

80

8

9

60 г/кг + Тамир

50

6

10

80 г/кг + Тамир

90

10

11

100 г/кг + Тамир

70

8

cacin1.tif

Рис. 1. Общая численность Dendrobaena veneta и микробиологический препарат «Байкал ЭМ 1»

cacin2.tif

Рис. 2. Общая численность Dendrobaena veneta и микробиологический препарат «Тамир»

cacin3.tif

Рис. 3. Изменение концентрации масла в процессе вермикультивирования

На рис. 3 приведены зависимости изменения количества масла в загрязненных образцах почвы, содержащих червей D. veneta и биопрепараты «Байкал ЭМ 1», «Тамир», от времени инкубирования образцов при температуре 15-17 °С.

Максимальное время инкубирования составляло 18 недель. Содержание углеводородов в почве определяли колориметрическим методом ежемесячно. Как видно из рис. 3, для загрязненных образцов с концентрацией масла 40 г/кг, содержащих червей, биоремедиация почвы протекает более интенсивно при внесении биопрепарата «Тамир».

При внесении в почву масла в количестве 40 г/кг процесс рекультивации занимал 5 месяцев, в ходе которого концентрация углеводородов снижалась на 10 %. Внесение биопрепаратов «Байкал ЭМ 1» и «Тамир» оказывало существенное влияние на процесс разрушения углеводородов нефтепродуктов. Так, при добавлении биопрепарата «Байкал ЭМ 1», концентрация углеводородов в почве снижалась на 42 %, а при добавлении биопрепарата «Тамир» – на 38 %.

В контрольном варианте при внесении масла в почву в количестве 40 г/кг значительного снижения концентрации углеводородов в почве не наблюдалось. В течение 4 месяцев содержание нефтепродуктов в почве снизилось до 35 г/кг. В варианте с внесением червей D. veneta и биопрепарата «Байкал ЭМ 1» концентрация масла в почве снизилась в 4 раза до 11,62 г/кг (эффективность 74 %). При введении в почву биопрепарата «Тамир» и червей D. veneta концентрация масла в почве снизилась в 3 раза до 0,84 г/кг (эффективность 98 %).

В контрольном варианте при внесении масла в почву в количестве 60 г/кг значительного снижения концентрации углеводородов в почве не наблюдалось. В течение пяти месяцев содержание нефтепродуктов в почве снизилось до 54 г/кг. При введении в почву биопрепарата «Байкал ЭМ 1» и червей D. veneta концентрация масла в почве снизилась в 2,8 раза до 24,6 г/кг (эффективность 62 %). При введении в почву биопрепарата «Тамир» и D. veneta концентрация масла в почве снизилась в 5,8 раз до 12,11 г/кг (эффективность 81 %).

В контрольном варианте при внесении масла в почву в количестве 80 г/кг значительного снижения концентрации углеводородов в почве не наблюдалось. В течение четырех месяцев содержание нефтепродуктов в почве снизилось до 70 г/кг. При введении в почву биопрепарата «Байкал ЭМ 1» и червей D. veneta концентрация масла в почве снизилась в 3,8 раза до 23,7 г/кг (эффективность 70 %). При введении в почву биопрепарата «Тамир» и червей D. veneta концентрация масла в почве снизилась в 3 раза до 29,7 г/кг (эффективность 63 %).

В контрольном варианте при внесении масла в почву в количестве 100 г/кг значительного снижения концентрации углеводородов в почве не наблюдалось. В течение пяти месяцев содержание нефтепродуктов в почве снизилось до 88 г/кг. При введении в почву биопрепарата «Байкал ЭМ 1» и червей D. veneta концентрация масла в почве снизилась в 4,1 раза до 25,44 г/кг (эффективность 74 %). При введении в почву биопрепарата «Тамир» и червей D. veneta концентрация масла в почве снизилась в 2,5 раза до 41,28 г/кг (эффективность 58 %).

Заключение

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 %. Наибольшая эффективность разложения отработанного автомобильного масла в почве отмечена при совместном использовании D. venata и биопрепарата «Тамир» (эффективность 60-90 %).


Библиографическая ссылка

Чачина С.Б., Жигулин С.С. РЕКУЛЬТИВАЦИЯ ПОЧВ, ЗАГРЯЗНЕННЫХ ОТРАБОТАННЫМ АВТОМОБИЛЬНЫМ МАСЛОМ, С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ДОЖДЕВЫХ ЧЕРВЕЙ DENDROBAENA VENETA И МИКРОБИОЛОГИЧЕСКИХ ПРЕПАРАТОВ // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. – 2016. – № 10-1. – С. 79-83;
URL: https://applied-research.ru/ru/article/view?id=10292 (дата обращения: 10.12.2019).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074