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 МИКРОБИОЛОГИЧЕСКОГО ПРЕПАРАТА «БАЙКАЛ-ЭМ1»

Чачина С.Б. 1
1 ГОУ ВПО «Омский государственный технический университет»
Проведена оценка выживаемости дождевых червей E.fetida в почве, загрязненной отработанным машинным маслом в количестве 20-100 г/кг в течение четырех месяцев и изучена эффективность биоремедиации маслозагрязненной почвы при использовании дождевых червей Eisenia fetida, в присутствии микробиологического препарата Байкал-ЭМ. Высокие показатели разложения отработанного масла отмечены в присутствии червей E. fetida. Причем содержание масла в почве в этом случае снижалось на 60 %. При содержании масла в почве в количестве 60-100 г/кг и введении в почву навозных червей (Eisenia fetida) концентрация масла снижалась в 4-6 раз. При внесении микробиологического препарата, содержащего бактерии, дрожжевые клетки и грибы, в дополнение к навозным червям, содержание масла в почве снижалось в 58 раз и составило 1,1 г/кг, т.е. эффективность рекультивации почвы в этом случае составляет 99,9 %.
загрязнение почвы
отработанное масло
дождевые черви
Eisenia fetida
биологическая рекультивация
1. Safawat H.S.H., Weaver R.W., 2002. Earthworms survival in oil contaminated soil.Plant Soil 240, 127–132.
2. Schaefer M., Filser J., 2007. The influence of earthworms and organic additives on the biodegradation of oil contaminated soil. Appl. Soil Ecol. 36, 53–62.
3. Whitfield Aslund, M. Comparison of earthworm responses to petroleum hydrocarbon exposure in aged field contaminated soil using traditional ecotoxicity endpoints and 1H NMR-based metabolomics / M. Whitfield Aslund, G.L. Stephenson, A. J. Simpson, M. J. Simpson // Environmental Pollution. – 2013. – № 182. – P. 263–268.
4. Eom I.C., Rast C.b, Veber A.M.b, Vasseur P.b. Ecotoxicity of a polycyclic aromatic hydrocarbon (PAH)-contaminated soil (2007) Ecotoxicology and Environmental Safety, 67 (2), pp. 190-205.

Lumbricus terrestris и E. fetida могут легко выжить при концентрации 0,5 % (5000 мг/ кг-1) сырой нефти в почве в течение 15 дней (Safawat и Уивер,2002). В почве, загрязненной 1.5 % (15 000 мг/кг) сырой нефти, выживаемость E. fetida была снижена на 40 %, в то время как L. terrestris выжили в течение более чем 15 дней. В противоположность, другие авторы сообщали, что концентрация 9500 УВ мг/кг сырой нефти, была причиной высокой смертности в E. fetida, А. chlorotica и L. terrestris в почве без навоза КРС (на 0,6 %), как корма после 28 дней культивирования (Шефер и Filser,2007). Однако, черви не выжили при концентрации керосина 2000 мг /кг -1,30,000 мг кг дизельного топлива 30,000 мг /кг в течение 14 дней.

Витфилд Аслунд с соавт. отмечают отсутствие острой токсичности нефтезагрязнённых почв для червей E. fetida и 90 % выживаемость при низких концентрациях нефти, но нарушение их репродуктивной функции. Дорн с соавторами (2007) отметили высокую чувствительность E. Fetida к загрязнению почвы нефтью. Навозный червь выживает в течение 90 дней в почве загрязненной низкими концентрациями нефти.

Eom, I.C. с соавт.(2007) изучали выживаемость навозного червя при внесении в почву нефти в концентрации 2600-2800 мг/кг в течение 28 дней.Дождевые черви могут быть использованы в биоремедиации нефтезагрязненных почв при умеренной концентрации УВ (<4000 мг/кг), не смертельной для червей. Дождевые черви могут быть применены на более поздних стадиях биоремедиации даже очень загрязненных участков, при низкой концентрации УВ и снизить содержание УВ до допустимого уровня. В результате возникает вопрос при какой концентрации нефтепродуктов навозные черви сохраняют способность к биоремедиации и как можно повысить выживаемость E.Fetida при внесении значительных концентраций нефти.

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).

Вид дождевых червей

Навозный червь Eisenia fetida

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 [Перель Т.С.,1975]. Длина тела 40-130 мм, ширина 2-4 мм. Число сегментов 80-120. Окраска тела красновато-фиолетовая, причем пигментация может быть очень яркой: красной различных оттенков, бурой, фиолетовой, оранжево-розовой. Характерная черта – наличие на теле поперечных полос желтого цвета, особенно заметных, когда червь растягивается. Головная лопасть эпилобическая.

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

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. На протяжении всего эксперимента еженедельно в каждой емкости фиксировали изменение состояния и количество червей. При этом учитывались следующие показатели: общее количество всех червей, количество половозрелых особей, количество неполовозрелых особей, количество коконов в емкости, количество коконов на одного половозрелого червя, выход ювенильных особей червей из одного кокона, отношение количества половозрелых и неполовозрелых особей в каждой емкости и распределение червей по высоте слоя земляного субстрата.

Отбор проб из образцов почвы, загрязненных нефтью для анализа содержания нефти и органических веществ в образцах 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.

Определение содержания нефтепродуктов в загрязненных почвах

Для определения содержания автомобильного масла или нефтепродуктов в почве была использована методика, предложенная институтом экспериментальной метрологии [МУК 4.1.1956-05]. Данная методика основана на определении количества углеводородов, экстрагированных четыреххлористым углеродом из нефтезагрязненной почвы. Полученные результаты были обработаны с использованием рангового метода Фридмана c использованием лицензионной программы «Статистика»

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

При внесении концентраций масла от 20 до 100 г/кг отмечалась 93–100 % выживаемость E. fetida и стабильный рост численности червей, но внесение микробиологического препарата при высоких концентрациях масла более 50 г/кг снизило выживаемость до 43-63 %. В контрольном варианте и при внесении микробиологического препарата выживаемость дождевых червей была 100 %.

Общая численность E. fetida. В варианте с концентрацией масла 20-40 г/кг как с микробиологическим препаратом, так и без него, общая численность увеличилась в 3 раза. При внесении в почву 60 г/кг масла общая численность увеличилась в 3 раза, а внесение микробиологического препарата вызвало гибель 50 % половозрелых особей и численность достигла 10 экз./сосуд. В вариантах с внесением масла 80-100 г/кг общая численность составила 10-14 экз./сосуд, а при внесении микробиологического препарата снизилась до 8-9 экз./сосуд. Вероятно, микроорганизмы облегчали проникновение масла через пищеварительный тракт и усиливали токсический эффект. В контрольном варианте общая численность составила 76 экз./сосуд, а при внесении микробиологического препарата 203 экз./сосуд.

Таблица 1

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

76,66

14

0,9

2

Микробиологический препарат

100

203,33

16

0,99

3

почва, загрязненная маслом 20 г/кг

100

33,33

10,66

0,9

4

почва, загрязненная маслом 20 г/кг и микробиологический препарат

100

30,00

10

1

5

почва, загрязненная маслом 40 г/кг

100

33,67

10

0,9

6

почва, загрязненная маслом 40 г/кг и микробиологический препарат

100

21,33

5

0,5

7

почва, загрязненная маслом 60 г/кг

100

29,00

7

0,6

8

почва, загрязненная маслом 60 г/кг и микробиологический препарат

63

10,00

1,66

0,26

9

почва, загрязненная маслом 80 г/кг

93

11,67

2

0,24

10

почва, загрязненная маслом 80 г/кг и микробиологический препарат

43

8,33

2,3

0,54

11

почва, загрязненная маслом 100 г/кг

93

14,00

3,3

0,33

12

почва, загрязненная маслом 100 г/кг и микробиологический препарат

43

9,00

2

0,46

 

Ранговый ДА и конкордация Кендалла

-

0,708

0,594

0,55

Общая продуктивность E. fetida. Максимальная общая продуктивность отмечена в контрольном варианте и при внесении микробиологического препарата. Высокая индивидуальная продуктивность (10 коконов/сосуд) отмечалась при внесении низких концентраций масла 20-40 г/кг, но внесение микробиологического препарата снизило откладку коконов в 2 раза. Увеличение концентрации масло вызвало снижение откладки коконов, а внесение микробиологического препарата усугубляло токсический эффект масла.

Индивидуальная продуктивность E. fetida. Высокая индивидуальная продуктивность 0,9 –1,0 коконов на червя отмечены в контрольном варианте, при внесении микробиологического препарата и при внесении низких концентраций масла 20-40 г/кг. Увеличение концентрации масла от 60 до 100 г/кг. Снизило откладку коконов до 0,24-0,46 коконов на червя, причем внесение микробиологического препарата незначительно увеличивало откладку коконов на 1 червя.

chac1.tif

Рис. 1. Общая численность E. fetida

chac2.tif

Рис. 2. Изменение общей численности E. fetida 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 табл.

chac3.tif

Рис. 3. Изменение концентрации отработанного автомобильного масла в процессе рекультивации

В контрольном образце (обр. 1) без внесения биопрепарата «Байкал – Эм-1» общая численность E. fetida увеличилась в 7,6 раз (p<0,001) и достигла 76 особи в одном образце, (относительная погрешность составила 10-20 %, рис. 2а) а при внесении микробиологического препарата «Байкал Эм-1» общая численность червей возросла в 20 раз и составила 203 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 3 раз и достигла 30 особей (относительная погрешность составила 10 %). При внесении отработанного автомобильного масла 40 г/кг, общая численность червей увеличилась в 2 раза, а при внесении биопрепарата «Байкал – Эм-1» при том же содержании масла (обр. 6) в 2 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 2 раз и составляла 20 особей на сосуд (рис. 1) (относительная погрешность составила 35 %)(p<0,05). В варианте с концентрацией отработанного автомобильного масла 80 и 100 г/кг общая численность навозных червей оставалась неизменной (относительная погрешность 10 %)(p<0,05).

Разложение углеводородов отработанного масла

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 нефти снижалось на 60-90 %.

При внесении низких концентраций масла 20 г/кг эффективность разложения 75 % (5,4 г/кг), а при внесении микробиологического препарата «Байкал-Эм» – 99 % (0,2 г/кг). При внесении масла в почву 40 г/кг в варианте с навозным червем концентрация масла снизилась до 4,5 г/кг (эффективность 88 %), а при внесении микробиологического препарата эффективность разложения углеводородов составила 96 % (1,6 г/кг). При внесении масла в почву 60 г/кг в варианте с навозным червем концентрация снизилась до 5,1 г/кг, эффективность- 91 %, а при внесении микробиологического препарата эффективность составила 86 % (8,3 г/кг). При внесении масла в почву 80 г/кг в варианте с навозным червем концентрация снизилась до 18 г/кг, эффективность – 80 %, а при внесении микробиологического препарата содержание масла снизилось до 15 г/кг (эффективность 82 %). При концентрации масла 100 г/кг в варианте с навозным червем концентрация масла снизилась до 10 г/кг, эффективность 90 %, а при внесении микробиологического препарата содержание масла снизилось до 27 г/кг (эффективность 73 %).

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. fetida до 50 %. При внесении концентраций масла от 20 до 100 г/кг отмечалась 80–100 % выживаемость E. fetida и стабильный рост численности червей, но внесение микробиологического препарата при высоких концентрациях масла более 50 г/кг снизило выживаемость до 50–60 %. При внесении в почву 60–100 г/кг масла общая численность увеличилась в 3 раза, а внесение микробиологического препарата вызвало гибель 50 % половозрелых особей. Вероятно, микроорганизмы облегчали проникновение масла через пищеварительный тракт и усиливали токсический эффект. 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 %.


Библиографическая ссылка

Чачина С.Б. РЕКУЛЬТИВАЦИЯ ПОЧВ, ЗАГРЯЗНЕННЫХ ОТРАБОТАННЫМ МАШИННЫМ МАСЛОМ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ДОЖДЕВЫХ ЧЕРВЕЙ EISENIA FETIDA, И МИКРОБИОЛОГИЧЕСКОГО ПРЕПАРАТА «БАЙКАЛ-ЭМ1» // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. – 2015. – № 11-2. – С. 268-273;
URL: https://applied-research.ru/ru/article/view?id=7722 (дата обращения: 18.09.2019).

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 = 1.252