Эффективность использования Medicago L. в биоремедиации нефтезагрязненных серо-бурых почв Апшеронского полуострова

Бюллетень науки и практики / Bulletin of Science and Practice

УДК 502.63: 581.9: 633.313                       

Загрязнение ландшафтов нефтью и нефтепродуктами представляет серьезный риск как для здоровья человека, так и для самой природной среды [4].

Фиторемедиация или зеленая биоремедиация – это современная технология, имеющая большие перспективы для решения проблем с ксенобиотиками, отходами. Фиторемедиация представляет собой биологическую очистку с использованием растений [7, 9, 14.].

В основе этой технологии лежит ризосферный эффект, который и усиливает деградацию загрязнителя в ризосфере в результате увеличения плотности и активности микробных популяций. Растения и микроорганизмы способны разрушать поллютанты независимо друг от друга, однако первостепенное значение для биодеградации устойчивых соединений в ризосфере отводится мутуалистическим растительно-микробным взаимоотношениям [1, 10].

Апшеронский промышленный регион характеризуется крайне неблагоприятными экологическими показателями [3].

Хотя, в настоящее время на территории Апшеронского промышленного региона проводятся мероприятия по реабилитации нефтезагрязненных участков. Однако, даже после очистки от основной части техногенных углеводородов биологические и агрохимические свойства почв остаются нарушенными – высокая гидрофобность (в силу своей гидрофобности такие почвы характеризуются плохой смачиваемостью), слабая аэрация, слабый азотный, фосфорный и углеводный обмен, почти полное отсутствие почвенной флоры и фауны, сильное снижение активности почвенных ферментов. В связи с этим с одной стороны биологическая продуктивность почвы снижена до минимума, с другой - эти земли отрицательно влияют на экологию окружающей среды. Если принять во внимание, что согласно данным около 14500 га в данном регионе загрязнены нефтью, изучение растительных сообществ, наиболее приспособленных для функционирования в условиях загрязнения почв региона углеводородами и выбор наиболее эффективных из них для разработки технологий фиторемедиации представляет особый интерес. Исследования в этом направлении представляют особую научную значимость для природно-климатической зоны Апшеронского п-ова, характеризующегося определенными климатическими факторами и соответствующими для них сообществами высших растений, приспособленных к этим почвенно-климатическим условиям. Целью исследований является выявление роли Medicago L. в процессах самоочищения нефте загрязненных серо-бурых почвах Апшеронского полуострова.

Материал и методы исследования

Объект исследований — серобурые загрязненные нефтью почвы Апшеронского полуострова. Отбор почвенных образцов проводили метод «конверта», с горизонтов 0-20 см [5].

Микробиологические исследования, в том числе микробиологический анализ образцов ризосферы растений проводили по стандартным методикам [3, 8].

Анализ содержания нефти в почве проводили гравиметрическим методом в аппарате Сокслета после экстракциисмесью гексан: хлороформ (1:1об.%) по Лурье [6].

Оценку устойчивости люцерны к загрязнению нефтью для дальнейшего использования ее в фиторемедиации проводили в соответствии с международным стандартом ISO 11269-2 [12].

Все лабораторные эксперименты проводили в трех повторностях. Статическая обработка результатов производилась с применением программ Statistica V6.0 для Windows, Ехсеl-2003.

Результаты и обсуждение

Проведенные нами исследования (мониторинг) растительных сообществ натерриториях расположения НГДУ показал, что в составе растительных ассоциаций, растущих на техногенно загрязненных почвах произрастает люцерна. В составе растительных сообществ в этих почвах она составляет около 0,5-1,2%. Принимая во внимание роль растений в ассимиляционном потенциале ландшафтов были проведены детальные исследования с целью выявить потенциальное значение этого видав процессах самоочищения нефтезагрязненных серо-бурых почв [3, 11].

Medicago L. (люцерна) — многолетнее бобовое растение, в посевах она долговечна, способна произрастать в степной зоне 3-4 года, в лесостепной — 5-6 лет. Стебель травянистый, сильно ветвится, Корень стержневой с хорошо развитыми боковыми корнями, благодаря которым люцерну относят к засухоустойчивым растениям, характеризуются и солеустойчивостью. Мощная корневая система позволяет люцерне накапливать в почве большое количество корневых остатков, они служит основным источником органической массы для образования гумуса. Микробиологический анализ образцов почвы представлен в Таблице 1.

■ 1.- К, почва (без растений)

■ 2-Ризосфера растений

■ 3- Ризоплана растений

Рисунок. Влияние загрязнения почвы нефтью на изменение общей численности гетеротрофных почвенных микроорганизмов

Результаты показали, что общая численность гетеротрофных микроорганизмов в ризосфере и ризоплане растений люцерны, а также численность микроорганизмов некоторых физиологических групп растущих на техногенно загрязненной почве была значительно выше, чем в незагрязненной почве, что свидетельствует о создании более благоприятных условиях для микроорганизмов. Влияние растений люцерны выражалось в том, что плотность практически всех анализируемых групп микроорганизмов в ризосфере превышала численность соответствующих микробных популяций в почве без растений, что подтверждало наличие «ризосферного эффекта». Таким образом, этот вид растений стимулировал общую функциональную активность микрофлоры почвы. Как правило, растения, способные расти на нефтезагрязненных почвах, используют нефтяные углеводороды в качестве дополнительного источника питания и энергии, способствуют улучшению воздушного режима почв и обогащению ее соединениями, в итоге увеличивается численность микроорганизмов и скорость разложения нефти и нефтепродуктов [1, 13].

Это положение подтверждается результатами анализов содержания общих углеводородов в почве без растений и зоне распространения растений люцерны (табл.1). Как видно, содержание общих углеводородов в зоне ризосферы люцерны составляла всего 1,5г/100г почвы, в то время как в непосредственной близости от растений, на расстоянии не более 20-30см количество общих углеводородов составляло уже порядка 7,9 г / 100 г почвы.

Таблица 1

СОДЕРЖАНИЕ УГЛЕВОДОРОДОВ В СЕРО-БУРОЙ ПОЧВЕ (г/100 г почвы)

	Вариант	Незагрязненная почва (фон)	Загрязненная почва
Контроль		0,1	7,9
С люцерной		0,07	1,5

Результаты исследований показали, что степень прорастаемости семян люцерны находится в прямой зависимостиот степени загрязнения почвы (Таблица 2).

Таблица 2

ПОКАЗАТЕЛИ ВСХОЖЕСТИ СЕМЯН И БИОМАССЫ

Степень загрязнения, %	Всхожесть семян, %	Биомасса побегов, г
Контроль	99 ± 1	15.2 ± 0.2
0.5	89 ± 2	14.6 ± 0.6
1,0	77 ± 2	11.3 ± 0.1
5.0	47 ± 3	7.2 ± 0.5
10.0	30 ± 2	5.3 ± 0.3

Наибольшая прорастаемость семян обнаружено до 1% степени загрязнения почв сырой нефтью. Повышение содержания в почве углеводородов выше 1% оказывало угнетающее воздействие на прорастание семян, что свидетельствует о высокой степени чувствительности зерен люцерны к нефтяному загрязнению.

Вывод

Люцерну возможно отнести к категории рудеральных растений, активно заселяющих серо-бурую почву после того, как остаточное содержание нефтяных углеводородов в почве достигает показателя резистентности этого вида к данному поллютанту. Именно толерантностью этого растения к определенной концентрации в серо-бурых почвах нефтяных углеводородов можно объяснить мозаичный характер растительного покрова на территориях расположения нефтегазодобывающих предприятий на Апшеронском полуострове. Если принять во внимание неблагоприятные условия среды обитания этого вида (щелочная реакция почв, слабый окислительно-восстановительный потенциал, засоленность, неблагоприятный гидротермический режим и др.) роль этого растения как пионера-заселителя несомненно высока. Благодаря активности микроорганизмов, функционирующих в ризосферной и ризоплановой среде обитания люцерны процесс самоочищения техногенно загрязненных почв от углеводородов ускоряется. Это подтверждается результатами анализов содержания общих углеводородов в почве без растений и в зоне распространения этих растений. Содержание общих углеводородов в зоне ризосферы люцерны составляло всего 1,5 г/100 г почвы, в то время как в непосредственной близости от растений, в почвах без растений (контроль) – количество общих углеводородов составляло 7,9 г/100 г почвы. Эти данные подтверждают возможность и эффективность использования Medicago L. (люцерны) в процессах очистки и восстановления нефтезагрязненных почв для перспективного управления ландшафтами в рамках концепции «Устойчивого развития».