Мониторинг детоксикации и биоремедиации почвы, загрязненной нефтешламом

Нефтяные шламы – это сложные физикохимические смеси, которые состоят из нефтепродуктов, механических примесей (глины, окислов металлов, песка) и воды. Они образуются при проведении таких производственных процессов, как переработка, добыча и транспортировка нефти. Данный тип отходов представляет большую опасность для окружающей среды и подлежит захоронению или переработке. Токсичность обусловлена высоким содержанием полициклических и полиаромати-ческих соединений, обладающих канцерогенными и мутагенными свойствами. Помимо прямого воздействия, загрязнение нефтешламами может оказывать опосредованное влияние на состояние растительных и животных организмов за счет стимуляции развития фито-токсичных и оппортунистических видов мик-ромицетов. Проблема восстановления окружающей среды заключается не только в проведении мероприятий, направленных на деградацию нефтяных углеводородов, но и в тщательном анализе изменений в микосообществе для предотвращения возникновения вторичного загрязнения микотоксинами.

Цель работы: мониторинг эффективности биоремедиации и детоксикации загрязненной нефтешламом почвы при использовании биоперарата.

Объекты и методы исследования. Объектом исследования являлись образцы серой лесной почвы, искусственно загрязненной жидким нефтешламом в концентрациях 1,4% и 8% масс. Для очистки и детоксикации почв использовали микробный препарат Универсал , представляющий собой биомассу углеводород-окисляющих актинобактерий Rhodococcus equi [1]. Выделение микроскопических грибов проводили по общепринятой методике посева почвенной суспензии на подкислённую агаризо-ванную среду Чапека. Способность грибов утилизировать углеводороды была изучена на среде Бушнелла-Хааса [2]. Сходство микологических сообществ разных образцов почвы оценивали с помощью коэффициента Жаккара. Остаточные углеводороды в почве определяли весовым методом [3].

Результаты и их обсуждение. В ходе эксперимента было проведено исследование содержания остаточных нефтепродуктов в рекультивируемой серой лесной почве, загрязненной жидким нефтешламом. За период исследования отмечалось снижение концентрации поллютанта во всех загрязненных и рекультивируемых образцах почвы. В варианте опыта без обработки препаратом снижение содержания нефтяных углеводородов связанно с активностью аборигенной микробиоты и физико-химическими процессами деградации компонентов нефтешлама (рис. 1). Внесение Универсала в данном варианте опыта ускорило разложение нефтяных углеводородов в 1,7 раз. Степень деградации нефтяных углеводородов в серой лесной почве составляла 66% и 76% в образцах, загрязненных нефтешламом в концентрации 4% и 8% соответственно.

Полученные данные по содержанию нефтяных углеводородов подтверждаются проведенными микробиологическими анализами. Активность процессов деградации объясняется деятельностью углеводородокисляющих микроорганизмов (УОМ). При загрязнении почвы нефтешламом в концентрации 4% и более отмечалось повышение численности УОМ в сравнении с образцами почв контрольного варианта опыта, что характеризует способность почвенной системы к разложению данного поллютанта за счет внутреннего потенциала к самовосстановлению. При внесении биопрепарата Универсал наблюдалась значительная стимуляция развития УОМ.

Рис. 1. Степень деградации нефтяных углеводородов в черноземы обыкновенном при обработке биопрепаратом

Почвенные микромицеты являются еще одной группой микроорганизмов, устойчивых к действию поллютанта. Они представляют собой одну из основных составляющих микробного сообщества почвы и участвуют в процессах минерализации. Благодаря ферментным системам и способности адекватно реагировать на факторы внешней среды, грибы хорошо выживают, адаптируются и интенсивно размножаются в новых, иногда экстремальных условиях обитания [4]. Загрязнение серой лесной почвы в условиях лабораторного эксперимента при низких и средних концентрациях стимулировало развитие микроскопических грибов на начальных этапах инкубации. Увеличение концентрации поллютанта до 8% приводило к угнетению их развития. Известно, что микромицеты обладают неодинаковой устойчивостью к токсическому действию нефти и продуктов ее переработки и способностью к их утилизации, что может приводить к изменению количественного соотношения видов грибов в загрязненной почве.

Из исследованных почв выделено 43 вида микромицетов. Идентифицированные виды относились к родам Aspergillus, Penicillium, Trichoderma . Загрязнение серой лесной почвы нефтешламом оказывало существенное влияние на структуру микробного комплекса, приводило к изменению видового состава микромицетов.

В почве, загрязненной нефтешламом, исчезли чувствительные виды P. commune, P. res-ticulosum , Penicillium albo-aurantium, P. terrest-ris и др. При загрязнении почвы наблюдалось увеличение видового разнообразия за счет возрастания частоты встречаемости фитотоксич-ных видов Aspergillus niger, P. canescens, P. madriti, P. raperi и Trichoderma viride , вероятно, устойчивых к данному типу загрязнения или способных использовать углеводороды нефти в качестве энергетического субстрата. Возрастание концентрации загрязнителя до 8% привело к увеличению количества выделяемых видов за счет появления новых видов – Aspergillus terreus, Aspergillus flavus, P. madriti. Aspergillus niger и P. canescens, практически не встречавшиеся в незагрязненной почве, становились частыми при загрязнении нефтешламом (4% и 8% загрязнения соответственно). При загрязнении нефтешламом также возрастает частота встречаемости P. dahleae, P. mele-agrinum, P. ochro-chloron, P. raperi и P. waks-mani.

Было отмечено выпадение чувствительных и развитие нетипичных для фоновой почвы комплексов углеводородокисляющих видов микромицетов. Среди них наибольшей активностью обладали A. fumigatus, A. niger, A.ter-reus . Интересно, что среди выделенных наиболее часто встречающихся микромицетов, способных к активному окислению углеводородов, большинство относятся к группе потенциальных возбудителей глубоких микозов. Увеличение распространения потенциально патогенных грибов в загрязненной почве может оказать влияние на возможность заболеваний человека оппортунистическими микозами в регионах с развитой нефтедобывающей и нефтехимической промышленностью.

Применение биопрепарата Универсал способствовало некоторому снижению плотности Aspergillus niger, P. albo-cinerascens, Trichoderma viride (фитотоксичные виды) в рекультивируемой почве и увеличению частоты встречаемости P. resticulosum и P. simpli-cissium (обычные для фонового уровня) . Для почв, загрязненных высокими дозами нефтешлама (8%) было характерно доминирование P. madriti. Обработка загрязненной почвы биопрепаратом Универсал приводила к смене доминанты . Внесение биопрепарата Универсал значительно увеличивало численность микромицетов за счет случайных видов P. canescens, P. glabrum, P. velutinum и Phialo-phora sp. , Paecilomyces variotii . В целом с учетов пространственной и временной встречаемости применение биопрепарата привело к снижению количества фитотоксичных видов микромицетов (табл. 1).

Таблица 1. Микромицеты серой лесной почвы, загрязненной нефтешламом и рекультивируемой биопрепаратом

Примечание : * отмечены фитотоксичные виды

Согласно полученным результатам более 30% сходства отмечалось между сообществами микромицетов почвы, загрязненной нефтешламом в концентрации 8% и рекультивированной почвы в той же концентрации загрязнения, а также между ними и рекультивированной почвой с загрязнением 4%. Максимально схожие образцы почв обнаруживалось между сообществами микромицетов фоновой и рекультивированной почвы, загрязненной нефтешламом в концентрации 1%.

Выводы: проведенный мониторинг состояния загрязнено почвы, подвергнутой биоочистке с использованием микробного препарата, показал эффективность используемого приема ремедиации в отношении рассматриваемых показателей. Отмечалось увеличение численности микроорганизмов, способных к окислению углеводородов, качественное изменение в микологическом сообществе после об- работки препаратом приводило к снижению частоты встречаемости или выпадению фито-токсичных и оппортунистических видов мик-ромицетов.