СРАВНИТЕЛЬНАЯ ОЦЕНКА РАЗЛИЧНЫХ ДОЗ БИОПРЕПАРАТА ДЛЯ ОЧИСТКИ НЕФТЕЗАГРЯЗНЕННЫХ ПОЧВ
Аннотация и ключевые слова
Аннотация (русский):
Изучена возможность биоремедиации нефтезагрязненных почв месторождений Косшагыл и Жанаталап Атырауской области (Республика Казахстан) с помощью биологического препарата «Бакойл-KZ», содержащего штаммы микроорганизмов, являющихся активными нефтедеструкторами. Описан модельный эксперимент для сравнительного исследования влияния различных доз биопрепарата (0,1; 0,5 и 2,0 г/кг почвы) на утилизацию разной по составу и концентрации нефти в двух видах почв. Показано, что внесение биопрепарата «Бакойл-KZ» в нефтезагрязненные почвы приводит к снижению содержания в них нефти, активизирует ферментативную активность почв и интенсифицирует почвенное дыхание, что свидетельствует о возможности их применения для восстановления нефтезагрязненных почв Атырауской области. Микроорганизмы, входящие в состав биопрепарата «Бакойл-KZ», адаптированы к природно-климатическим условиям Западного Казахстана и к средам с высокой соленостью, безопасны для почвенного микробиоценоза, т. к. выделены из нефтезагрязненных почв Атырауской области. Микроорганизмы, входящие в состав биопрепарата, используют нефть и нефтепродукты в качестве единственного источника питания. Биопрепарат «Бакойл-KZ» подходит для очистки нефтезагрязненной поверхности почвы, процесс деструкции протекает в период от нескольких недель до нескольких месяцев в зависимости от степени загрязнения объекта, химического состава загрязнителя, климатических и физико-химических параметров среды.

Ключевые слова:
нефть, почва, биоремедиация, биопрепарат, деструкция
Текст
Введение Одной из важнейших составляющих биосферы-литосферы является ее биокосное образование - почва. Почва - это природное образование, обладающее рядом свойств, присущих живой и неживой природе. Важнейшее из свойств почвы - плодородие, связанное с наличием в ней гумуса и воды. В настоящее время наблюдается широкомасштабное загрязнение почвы. Очень часто встречаются участки, покрытые остатками строительных деталей: блоков, кирпичей; почвы, заваленные золой, шлаками. В местах расположения нефтебаз земля покрыта слоем мазута, нефти, смазочных материалов. Нефть, самый распространенный источник топлива и один из самых мощных загрязнителей почвы, подавляет микробиологические и биохимические процессы в почве и при аварийных разливах часто приводит к формированию техногенных пустынь, процесс самовосстановления которых длится более 15-20 лет [1] . Разработка нефтяных месторождений имеет стратегическое значение для Республики Казахстан. В Казахстане проблема очищения нефтяных загрязнений усугубляется повышенным содержанием в почвах солей и низкой долей гумуса. Однако при очистке засоленных почв, загрязненных нефтью, необходимо учитывать специфику природных условий, которые влияют на эффективность восстановительных мероприятий. В последнее время успешно применяются биопрепараты на основе микроорганизмов, которые характеризуются высокой способностью к утилизации углеводородов нефти. Несмотря на это, поиск новых углеводородокисляющих штаммов является актуальным для Казахстана. Это связано в первую очередь с высокой степенью аридности климата и особенностями пустынных почв, где происходит основная добыча нефти. Широко распространено в Казахстане загрязнение почвы нефтепродуктами. Опасность загрязнения нефтью состоит не только в изменении физико-химических свойств почвы - посторонние вещества, попадая в почву, разрушают сложившиеся связи между отдельными группами почвенного биоценоза, разрушаются сложившиеся трофические цепи. Все это в конечном счете сказывается на плодородии почв. Экологический ущерб от загрязнения почв углеводородами значителен - от снижения качества и продуктивности почв до полного вывода земель из сельскохозяйственного оборота. Разработка средств очистки почвы от нефтяных углеводородов является активно развивающимся направлением экологии и биотехнологии. Решение проблемы защиты окружающей среды, в первую очередь почв, состоит в активизации потенциала самоочищения почв и интродукции активных штаммов микроорганизмов-деструкторов нефти в виде биопрепаратов [2, 3]. Литературные данные свидетельствуют о том, что ассоциации микроорганизмов способны более полно и быстро разлагать углеводородные субстраты по сравнению с индивидуальными штаммами, поэтому многие современные биопрепараты многокомпонентны по составу [4]. Целью наших исследований было определение оптимальной дозы биопрепарата «Бакойл-KZ», необходимой для очистки почвы, загрязненной нефтью. Материал и методы исследования С целью сравнительного исследования влияния различных доз биопрепарата на утилизацию нефти, разной по составу и концентрации, в двух видах почв, был поставлен модельный эксперимент. В эксперименте использовались почвы и нефть месторождений (м.) Косшагыл и Жанаталап, расположенных в Атырауской области. Нефть вносили в дозах 1, 5 и 10 %, затем в почву, загрязненную нефтью, вносили биопрепарат «Бакойл-KZ», который производился в полупромышленных условиях. Биопрепарат «Бакойл-KZ» представляет собой пастообразную смесь коричневого цвета. Состав биопрепарата: - ассоциация жизнеспособных клеток микроорганизмов, растущих на углеводородах различных классов и некоторых их производных; - наполнитель - цеолитовая глина (бентонит), который значительно активизирует процесс деструкции нефти, увеличивает эффективность препарата в естественных природных условиях. Наполнитель дополнительно играет роль носителя микроорганизмов и предохраняет их от вымывания ливневыми дождями и элиминации (подавления другими видами микроорганизмов в микробиоценозе) при интродукции в загрязненную почву, существенно сокращает время, необходимое для нейтрализации загрязнения [5]. Дозы биопрепарата составляли 0,1; 0,5 и 2,0 г/кг почвы. В начале эксперимента в контрольных образцах (загрязненная почва без биопрепарата), а в конце опыта во всех вариантах определяли активность каталазы (фермента, который приводит к разрушению токсичного пероксида водорода, образующегося в ходе различных окислительных процессов), активность дегидрогеназ (ферментов, катализирующих реакции отщепления водорода от одного субстрата и переносящих его на другой) и степень утилизации нефти в почве [6]. Результаты исследований и их обсуждение Известно, что изменение ферментативной активности свидетельствует о микробиологической деструкции нефти в почве. Анализ каталазной и дегидрогеназной активности показал, что при 1 %-м загрязнении нефтью в контроле активность каталазы снижается по отношению к чистой почве м. Косшагыл в 1,1 раза, а м. Жанаталап - в 1,4 раза (табл. 1). При 5 и 10 %-м загрязнении активность каталазы еще больше уменьшается. Самое низкое значение отмечено при 10 %-м загрязнении в почве м. Жанаталап - 1,1 мл О2/мин/г. Внесение биопрепарата в почву с 5- и 10 %-м загрязнением способствовало постепенному увеличению каталазной активности. Отметим, что с увеличением дозы препарата активность фермента возрастала, хотя через два месяца еще не достигала значения, учтенного в чистой почве. Следует также отметить, что в почве м. Косшагыл повышение каталазной активности наблюдалось уже при внесении минимальной дозы препарата, тогда как в почве м. Жанаталап она находилась на уровне контроля. Аналогичная картина наблюдалась и в случае с дегидрогеназой. При загрязнении почвы нефтью происходит значительное снижение ее активности. Внесение биопрепарата способствует повышению активности дегидрогеназы. Следует отметить, что при использовании максимальной исследуемой дозы препарата (2,0 г/кг) в почве, содержащей 1 и 5 % нефти, значения дегидрогеназной активности приближаются к фоновым (чистая почва). Таким образом, при внесении биопрепарата в количестве 2,0 г/кг почвы наблюдается наибольшее увеличение ферментативной активности - почвы способны проявлять каталитическое воздействие на процессы превращения экзогенных и собственных органических и минеральных соединений благодаря имеющимся в них ферментам. Таблица 1 Степень деструкции нефти и биологическая активность почвы при интродукции различных доз биопрепарата «Бакойл-KZ» Активность Количество внесенного биопрепарата, г/кг почвы Контроль 0,1 0,5 2,0 1 % нефти м. Косшагыл Каталаза, мл О2/мин/г 4,9 3,5 3,0 4,8 Дегидрогеназа, мг ТФФ/г/сут 0,20 0,21 0,29 0,26 Утилизация нефти, % 15,3 34,6 59,2 58,5 5 % нефти м. Косшагыл Каталаза, мл О2/мин/г 1,6 1,9 2,7 5,1 Дегидрогеназа, мг ТФФ/г/сут 0,18 0,19 0,24 0,27 Утилизация нефти, % 14,7 34,4 39,1 42,7 10 % нефти м. Косшагыл Каталаза, мл О2/мин/г 1,8 2,3 2,6 3,4 Дегидрогеназа, мг ТФФ/г/сут 0,01 0,05 0,12 0,13 Утилизация нефти, % 9,6 32,0 39,9 48,9 1 % нефти м. Жанаталап Каталаза, мл О2/мин/г 4,5 2,0 3,2 4,3 Дегидрогеназа, мг ТФФ/г/сут 0,27 0,35 0,42 0,61 Утилизация нефти, % 6,4 30,2 53,7 54,8 5 % нефти м. Жанаталап Каталаза, мл О2/мин/г 1,8 1,6 2,6 3,9 Дегидрогеназа, мг ТФФ/г/сут 0,19 0,21 0,33 0,49 Утилизация нефти, % 16,0 26,2 29,6 39,1 10 % нефти м. Жанаталап Каталаза, мл О2/мин/г 1,1 1,1 2,3 3,5 Дегидрогеназа, мг ТФФ/г/сут 0,09 0,08 0,17 0,21 Утилизация нефти, % 9,0 22,3 28,4 36,7 Примечание. Месторождения: Косшагыл (чистая почва): фон по каталазе - 5,4 мл О2/мин/г, фон по гидрогеназе - 5,4 мг ТФФ/г/сут; Жанаталап (чистая почва): фон по каталазе - 6,1 мл О2/мин/г, фон по гидрогеназе - 0,57 мг ТФФ/г/сут. По истечении двух месяцев наибольшая степень деструкции нефти наблюдалась при внесении 2,0 г/кг препарата. В целом утилизация нефти более интенсивно проходила в почве м. Косшагыл при использовании всех доз препарата. По полученным результатам был проведен расчет времени, необходимого для практически полной утилизации нефти под воздействием указанных доз препарата (табл. 2). Таблица 2 Время практически полного разложения нефти в почвах месторождений Косшагыл и Жанаталап под действием биопрепарата «Бакойл-KZ» Количество препарата, г/кг почвы Время разложения нефти, сут Количество препарата, г/кг почвы Время разложения нефти, сут м. Косшагыл м. Жанаталап 1 % нефти 0,1 172 0,1 197 0,5 100 0,5 111 2,0 102 2,0 108 5 % нефти 0,1 173 0,1 227 0,5 152 0,5 201 2,0 139 2,0 152 10 % нефти 0,1 186 0,1 266 0,5 149 0,5 209 2,0 121 2,0 162 Как видно из табл. 2, в почве м. Косшагыл время полного разложения нефти в зависимости от степени ее загрязнения составляет от 100 до 186 суток, тогда как в почве м. Жанаталап эти значения выше - от 108 до 266 суток. Чем выше доза препарата, тем более интенсивно протекает процесс биоремедиации. Полученные данные свидетельствуют также о том, что возможность очистки почвы от загрязнения нефтью зависит и от типа почвы. Заключение В настоящее время в Казахстане интенсивно эксплуатируются месторождения нефти в Атырауской области, в связи с чем неизбежны ее разливы и увеличение количества почв, загрязненных нефтью. В результате контаминации почв нефтью и нефтепродуктами происходит не только загрязнение, но и утрата почвенного плодородия, что приводит к их выводу из практического использования. Процесс самовосстановления загрязненных почв Атырауского региона, из-за их особенностей (сильное засоление, низкое содержание гуминовых веществ), является очень длительным и продолжается более 15-25 лет. Важное место при очистке почв, загрязненных нефтью, занимает интенсификация их микробной деструкции. При этом следует иметь в виду не только естественную активацию аборигенной микрофлоры загрязненных почв, но и внесение биологических препаратов, содержащих штаммы микроорганизмов, которые являются активными нефтедеструкторами. В последнее время интенсивно разрабатываются и успешно применяются биопрепараты на основе ассоциаций микроорганизмов, в состав которых входят разные группы микробов, наиболее часто используются ассоциации бактерий и дрожжевых организмов [7]. В то же время известно, что химический состав нефти разных регионов существенно различается. Эффективность биопрепаратов, интродуцируемых в почвы, загрязненные нефтью, зависит от климатических и почвенно-биологических условий конкретного региона. Результаты модельного эксперимента показали, что внесение в загрязненную почву биопрепарата «Бакойл-KZ» снижает содержание нефти и что из исследованных доз биопрепарата наиболее эффективной является доза 2 г/кг почвы, при использовании которой наблюдалось наибольшее увеличение ферментативной активности и деструкция нефти. Таким образом, процесс самовосстановления загрязненных почв при применении биопрепарата «Бакойл-KZ» сокращается до 266 суток, а в естественных (контрольных) условиях этот процесс длится до 25 лет.
Список литературы

1. Голодяев Г. П. Биоремедиация нефтезагрязненных почв методом компостирования / Г. П. Голодяев, Н. М. Костенков, В. И. Ознобихин // Почвоведение. 2009. № 8. C. 996-1006.

2. Швец А. В. Способ очистки почвогрунтов от локальных загрязнений нефтепродуктами / А. В. Швец // Защита окружающей среды в нефтегазовом комплексе. 2009. № 5. C. 29-33.

3. Карасева Э. В. Биоремедиация черноземной почвы, загрязненной нефтью / Э. В. Карасева, И. Е. Гирич, А. А. Худокормов, Н. Ю. Алешина, С. Г. Карасев // Биотехнология. 2011. № 2. C. 67-72.

4. Самсонова А. С. Микробный препарат «Родобел» для очистки почвы от нефти / А. С. Самсонова, З. М. Апещенкова, Н. Ф. Семочкина // Биотехнология: состояние и перспективы развития: Материалы II Междунар. конгр. (10-14 ноября 2009 г., Москва). М., 2009. Ч. 2. С. 40.

5. Муратова А. Ю. Деградация минеральных масел селекционированной микробной ассоциацией / А. Ю. Муратова, О. В. Турковская // Прикладная биохимия и микробиология. 2011. Т. 37, № 2. С. 175-180.

6. Башкин В. Н. Экспресс-диагностика углеводородного загрязнения почвы и ее биоремедиация посредством анализа каталазы / В. Н. Башкин, И. Е. Калинина, Р. В. Галиуллин, Р. А. Галиуллина // Защита окружающей среды в нефтегазовом комплексе. 2009. № 7. С. 4-7.

7. Пат. Российская Федерация 2384616. Консорциум штаммов микроорганизмов для очистки окружающей среды от углеводородов / Самсонов Р. О., Акопова Г. С., Козлов С. И., Листов Е. Л.; опубл. 23.03.2010, Бюл. № 8.


Войти или Создать
* Забыли пароль?