Научный журнал
Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований

ISSN 1996-3955
ИФ РИНЦ = 0,570

РЕКУЛЬТИВАЦИЯ ПОЧВ, ЗАГРЯЗНЕННЫХ ОТРАБОТАННЫМ МАШИННЫМ МАСЛОМ, С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ДОЖДЕВЫХ ЧЕРВЕЙ EISENIA FETIDA И МИКРОБИОЛОГИЧЕСКИХ ПРЕПАРАТОВ

Чачина С.Б. 1 Лапочкина А.С. 1
1 ФГБОУ ВПО «Омский государственный технический университет»
Изучена эффективность биоремедиации в почве, загрязненной отработанным машинным маслом в количестве 40-100 г/кг, при использовании дождевых червей E. fetida, 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
Eisenia fetida
биоремедиация
биологическая рекультивация
удаление нефтяных углеводородов
загрязнение почвы
1. Comparison of earthworm responses to petroleum hydrocarbon exposure in aged ?eld contaminated soil using traditional ecotoxicity endpoints and 1H NMR-based metabolomics / M. Whit?eld Aslund [et al] // Environmental Pollution. – 2013. – Vol. 182. – P. 263–268.
2. Ecotoxicity of a polycyclic aromatic hydrocarbon (PAH)-contaminated soil / I.C. Eom [et al] // Ecotoxicology and Environmental Safety. – 2007. – Vol. 67, № 2. – P. 190-205.
3. Potential of earthworms to accelerate removal of organic contaminants from soil / J. Rodriguez-Camposa [et al] // A review Applied Soil Ecology. – 2014. – Vol. 79. – P. 10–25.
4. Safawat H.S.H. Earthworms survival in oil contaminated soil // H.S.H. Safawat, R.W. Weaver / Plant Soil. – 2002. – Vol. 240. – P. 127–132.
5. Schaefer M. Effects of Lumbricus terrestris, Allolobophora chlorotica and Eisenia fetida on microbial community dynamics in oil-contaminated soil / M. Schaefer, S.O. Petersen, F. Filser // Soil Biol. Biochem. – 2005. – Vol. 37. – P. 2065–2076.
6. Yeung A.T. A review on techniques to enhance electrochemical remediation of contaminated soils / A.T. Yeung, Y.Y. Gu // Journal of Hazardous Materials. – 2011. – Vol. 195. – P. 11–29.

Более перспективным методом рекультивации нефтезагрязненых почв является метод биоремедиации, основанный на использовании микроорганизмов, способных утилизировать углеводороды в процессе своей жизнедеятельности [6]. Как показали исследования последних лет, более высокая эффективность биоремедиации почвы может быть достигнута при введении в загрязненную почву дождевых червей, т.е. при использовании в этом случае метода вермиремедиации [3]. Дождевые черви ускоряют процесс удаления загрязняющих веществ из почвы и изменяют физические и химические свойства почвы, смешивая ее с органическим веществом и улучшая аэрацию почвы, что делают загрязняющие вещества доступными для микроорганизмов.

Schaefer и соавт. исследовали влияние дождевых червей 3 видов (L. terrestris, Allolobophora chlorotica и E. fetida) на микробное сообщество почвы, загрязненной нефтью (10 000 мг/кг) в течение 28 дней. Показано, что в процессе эксперимента концентрация микробной биомассы повышалась и наблюдались изменения таксономических групп микроорганизмов. Концентрация углеводородов при этом снижалась: на 30-42 % в образцах с L. terrestris, на 31-37 % в образцах с E. fetida и на 17-18 % в образцах с А. chlorotica (в контрольных образцах снижение содержания углеводородов составляло 9-17 %) [5].

Было установлено, что Lumbricus terrestris и E. fetida выживают в почве, загрязненной сырой нефтью с концентрацией 5 г/кг в течение 15 дней. При увеличении содержания сырой нефти в почве до 15 г/кг, выживаемость E. fetida в течение 15 дней снижалась на 40 % [4].

Whiteld Aslund и соавт. отмечают, что при содержании нефти в почве, превышающем 0,5-25,0 г/кг, смертность дождевых червей E. fetida не превышает 10 %, однако при этом фиксируется нарушение их репродуктивной функции [1].

Eom, I.C. и соавт. изучали выживаемость E. fetida при внесении в почву нефти в количестве 2,6-2,8 г/кг. Выживаемость дождевых червей E. fetida в нефтезагрязненной почве составляла 18 % в течение 28 дней нахождения в почве и 8 % – в течение 56 дней. Причем авторами отмечено, что жизнеспособность молодых червей была выше, чем жизнеспособность взрослых червей и составляла 74 % после нахождения в нефтезагрязненной почве в течение 56 дней [2].

Таким образом, проведенный анализ литературы показывает, что использование дождевых червей E. fetida для биоремедиации нефтезагрязненных почв, при содержании углеводородов в почве не более 4 г/кг, является эффективным приемом. Учитывая вышеизложенное, задачей настоящего исследования было изучение эффективности биоремедиации нефтезагрязненной почвы при использовании дождевых червей E. fetida в присутствии биопрепаратов «Байкал ЭМ 1» и «Тамир» в почве, загрязненной различными концентрациями 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 (навозные) черви Eisenia fetida (Savigny, 1826). В эксперименте использовались только половозрелые особи. Взрослые особи были приобретены в ЛПХ Ермак (Россия, г. Саратов). Средняя масса червей составляла 0,41-0,92 г. Взрослые особи были приобретены в ЛПХ Ермак (Россия, г. Саратов).

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.

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 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 добавлено отработанное машинное масло, в количестве 40–100 г/кг черви E. fetida и микробиологический препарат «Байкал ЭМ 1».

В образцах серии 2, для получения образцов загрязненных почв, в почву было внесено отработанное машинное масло, в количестве 40–100 г/кг черви E. fetida и микробиологический препарат «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 °С 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 – c 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.

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 4,8 раза. В варианте с концентрацией масла 40 г/кг и биопрепаратом выживаемость червей была 80 %, и общая численность составила 7,6 экз/сосуд. При внесении в почву 60 г/кг масла выживаемость червей на 8 неделе исследования составила 60 %, и общая численность составила 6 экз/сосуд. При внесении в почву 80 г/кг масла выживаемость червей на 8 неделе исследования составила 50 %, и общая численность составила 4.6 экз/сосуд. А при концентрации масла 100 г/кг выживаемость на 6 неделе составила 30 %.

Общая численность E. fetida и микробиологический препарат «Тамир».

В контрольном варианте общая численность E. fetida увеличилась в 2 раза, а при внесении биопрепарата «Тамир» в 3,6 раз. В варианте с концентрацией масла 40 г/кг и биопрепаратом выживаемость червей составила 50 % на 16 неделе исследования, и общая численность составила 7,6 экз/сосуд. В варианте с концентрацией масла 60 г/кг и биопрепаратом выживаемость червей составила 30 % на 14 неделе исследования, и общая численность составила 4 экз/сосуд, а затем все черви погибли. В варианте с концентрацией мсала 60 г/кг и биопрепаратом выживаемость червей составила 20 % на 16 неделе исследования и общая численность составила 2,6 экз/сосуд. А при концентрации масла 100 г/кг выживаемость на 6 неделе составила 20 %, но через 8 недель все черви погибали.

Разложение углеводородов нефтепродуктов

Изменение общей численности E. fetida 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

20,03

2

Байкал

100

48,93

3

Тамир

100

33,66

4

40 г/кг + Байкал

56

7,67

5

60 г/кг + Байкал

60

6

6

80 г/кг + Байкал

46

4,67

7

100 г/кг + Байкал

60

6

8

40 г/кг + Тамир

16

7

9

60 г/кг + Тамир

0

4

10

80 г/кг + Тамир

0

2,6

11

100 г/кг + Тамир

0

0

cacina1.tif

Рис. 1. Общая численность Eisenia fetida и микробиологический препарат «Байкал ЭМ 1»

cacina2.tif

Рис. 2. Общая численность Eisenia fetida и микробиологический препарат «Тамир»

cacina3.tif

Рис. 3. Изменение концентрации масла в процессе вермикультивирования

Как видно из рис. 3, при внесении в почву масла в количестве 40 г/кг почвы процесс рекультивации почвы занимал 5 месяцев, в ходе которого концентрация углеводородов снижалась на 10 %.

Внесение биопрепаратов «Байкал ЭМ 1», «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. При введении в почву биопрепарата «Байкал ЭМ 1» и червей E. fetida концентрация масла в почве после выдержки почвы в течение 4 месяцев снизилась в 6 раз до 0,79 г/кг (эффективность 98 %). При введении в почву биопрепарата «Тамир» и червей E. fetida концентрация масла в почве после выдержки почвы в течение 6 месяцев снизилась в 6 раз до 1,74 г/кг (эффективность 96 %).

При внесении в почву масла в количестве 60 г/кг процесс рекультивации почвы занимал 5 месяцев, в ходе которого концентрация углеводородов снижалась на 7 %. Внесение биопрепаратов «Байкал ЭМ 1», «Тамир» оказывало существенное влияние на процесс разрушения углеводородов нефтепродуктов. Так, при добавлении биопрепарата «Байкал ЭМ 1» концентрация углеводородов в почве снижалась на 52 %, а при добавлении биопрепарата «Тамир» – на 43 %. 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 55 г/кг. При введении в почву биопрепарата «Байкал ЭМ 1» и червей E. Fetida концентрация масла в почве после выдержки в течение 4 месяцев снизилась в 4,9 раза до 14,31 г/кг (эффективность 78 %). При введении в почву биопрепарата «Тамир» и червей E. Fetida концентрация масла в почве после выдержки в течение 4 месяцев снизилась в 5,5 раз до 12,76 г/кг (эффективность 80 %).

При внесении в почву масла в количестве 80 г/кг процесс рекультивации почвы занимал 4 месяца, в ходе которого концентрация углеводородов снижалась на 10 %. Внесение биопрепаратов «Байкал ЭМ 1», «Тамир», оказывало существенное влияние на процесс разрушения углеводородов нефтепродуктов. Так, при добавлении биопрепарата «Байкал ЭМ 1» концентрация углеводородов в почве снижалась на 54 %, а при добавлении биопрепарата «Тамир» – на 45 %. 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 E. fetida концентрация масла в почве после выдержки в течение 6 месяцев снизилась в 3,8 раза до 33,5 г/кг (эффективность 71 %). При введении в почву биопрепарата «Тамир» и червей E. fetida концентрация масла в почве после выдержки в течение 6 месяцев снизилась в 2,7 раза до 33,5 г/кг (эффективность 58 %).

При внесении в почву масла в количестве 100 г/кг процесс рекультивации занимал 5 месяцев, в ходе которого концентрация углеводородов снижалась на 6 %. Внесение биопрепаратов «Байкал ЭМ 1», «Тамир» оказывало существенное влияние на процесс разрушения углеводородов нефтепродуктов. Так, при добавлении биопрепарата «Байкал ЭМ 1» концентрация углеводородов в почве снижалась на 52 %, а при добавлении биопрепарата «Тамир» – на 45 %. 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 снизилась до 88 г/кг. При введении в почву биопрепарата «Байкал ЭМ 1» и червей E. fetida концентрация масла в почве после выдержки в течение 4 месяцев снизилась в 5,1 раз до 20,56 г/кг (эффективность 79 %). При введении в почву биопрепарата «Тамир» и червей E. fetida концентрация масла в почве после выдержки почвы в течение 4 месяцев снизилась в 2,8 раза до 37,3 г/кг (эффективность 62 %).

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 E. fetida и биопрепарата «Байкал-Эм-1» (эффективность 70-90 %).


Библиографическая ссылка

Чачина С.Б., Лапочкина А.С. РЕКУЛЬТИВАЦИЯ ПОЧВ, ЗАГРЯЗНЕННЫХ ОТРАБОТАННЫМ МАШИННЫМ МАСЛОМ, С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ДОЖДЕВЫХ ЧЕРВЕЙ EISENIA FETIDA И МИКРОБИОЛОГИЧЕСКИХ ПРЕПАРАТОВ // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. – 2016. – № 10-1. – С. 84-88;
URL: https://applied-research.ru/ru/article/view?id=10293 (дата обращения: 22.09.2019).

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