Оценка эффективности посевов различных фиторемедиантов для восстановления нефтезагрязненной серой лесной почвы

Нефть остается важнейшим энергоресурсом в мире. Относительно невысокие цены на нефть и нефтепродукты при больших объемах их потребления, отсутствие адекватной создаваемой угрозе политики по охране окружающей среды приводили к весьма значительным потерям, последствиями которых явились загрязнения почв и грунтов [1-2]. Для очистки, детоксикации и восстановления плодородия нарушенных территорий используются как физико-химические, так и агрохимические методы. Однако они не решают проблему полного удаления загрязнителя из почвы. Фиторемедиация является высокоэффективной технологией очистки от ряда органических и неорганических поллютантов, основанная на использовании объединенного метаболического потенциала микроорганизмов и растений [3-6].

Целью исследования являлась оценка эффективности посевов фиторемедиантов на восстановление биологической активности серой лесной почвы в условиях нефтяного загрязнения.

МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ

В качестве объекта исследования выступали образцы серой лесной почвы, загрязненной товарной нефтью в концентрации 6% масс. Содержание серы в нефти составляло 2,8%. В качестве фитомелиорантов использовались декоративные и сельскохозяйственные растения бархатцы прямостоячие ( Tagetes erecta L. ), кострец безостый ( Bromopsis inermis L. ), пшеница яровая ( Triticum aestivum L. ), люцерна посевная ( Medicago sativa L. ). В качестве контроля использовались образцы незагрязненной почвы без растений. Учет численности микроорганизмов (гетеротрофов, актиномицетов, целлюлозо-литиков, микромицетов, углеводородокисляющих бактерий) проводили через 30 и 60 сут с момента

загрязнения по общепринятой методике посева почвенной суспензии на соответствующие агаризо-ванные питательные среды [7]. Активность почвенных ферментов определялась газометрическим (каталаза), титрометичеким (липаза) и фотометрическим методами (пероксидаза, полифенолоксида-за) [8]. Содержание остаточных углеводородов в почве измеряли весовым методом [9]. Для комплексной оценки биологической активности использовался интегральный показатель ИБПС, рассчитываемые как отношение среднего оценочного балла всех показателей к максимальному оценочному баллу всех показателей [10]. Повторность опыта 3-кратная.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

В качестве фиторемедиантов использовались растения с мощной мочковатой корневой системой, которые обладают большой корнеобитаемой зоной, где могут интенсивно протекать процессы деградации. Помимо этого некоторые растения обладают дополнительными свойствами, способствующими восстановлению почвы: 1) кострец является засухоустойчивым, холодостойким многолетним злаком, способным произрастать в условиях умеренного климата с морозными зимами; 2) бархатцы в своем метаболизме используют серу, синтезируя тиофены, и обладают устойчивостью к присутствию этого элемента, концентрация которого увеличивается в почве при загрязнении нефтью; 3) люцерна посевная за счет симбионтых микроорганиз-мов-азотфиксаторов обогащает почву азотом, нормализуя баланс С:N, сдвинутый в сторону углерода при попадании поллютанта в экосистему.

Для сравнения влияния посевов различных фи-торемедиантов в качестве примера выберем наиболее чувствительный показатель (активность каталазы) и показатель, проявляющий устойчивость к действию нефти (численность углеводородокис-ляющих микроорганизмов –УОМ). Для возможности адекватного сравнения параметров использовался относительный показатель, который характе- ризовал процентное отношение значения показателя в опыте к контрольному. Такая необходимость диктовалась тем условием, что модельные опыты проводились не одновременно и активность контрольных образцов отличалась в разных вариантах эксперимента.

В нашем опыте при нефтяном загрязнении почвы каталазная активность почв под посевами бархатцев (на 30 и 60 сут), люцерны посевной (на 30 сут), пшеницы яровой (на 30 сут) была снижена. Под посевами костреца безостого (на 30 и 60 сут), люцерны посевной (на 60 сут) активность фермента увеличивалась, это свидетельствует о том, что микробиота продуцирующая этот фермент, проявила устойчивость к загрязнению (рис. 1).

Рис. 1 . Относительный показатель активности каталазы под посевами растений-фиторемедиантов в услов-ни нефтяного загрязнения

Внесение нефтяных углеводородов в почву приводило к росту специфической группы микроорганизмов, отвечающей за деструкцию поллютанта. Соответственно, с увеличением концентрации загрязнения в почве, увеличивалась и численность УОМ.

Как показано на рис. 2, в почве под посевами всех четырёх растений-фиторемедиантов относительный показатель численности углеводородсодержащих микроорганизмов превышал значения показателя в контрольном варианте опыта (100%). По относительному показателю можно выделить бархатцы, люцерну посевную, пшеницу яровую, однако по абсолютному же показателю бархатцы уступают другим растениям.

Одним из главных показателем, по которым определяется степень эффективности проведения фи-торемедиационных работ, является содержание остаточных нефтяных углеводородов под посевами растений (рис. 3). На 60 сутки самый низкий процент содержания остаточных углеводородов отмечался под посевами люцерны посевной, он составил 37,5%.

В целом, опираясь на данный параметр, по эффективности растения расположились в убывающем порядке: люцерна посевная ^ пшеница яровая = кострец безостый ^ бархатцы прямостоячие.

Рис. 2. Относительный показатель численности угле-водородокисляющих микроорганизмов под посевами растений-фиторемедиантов

Рис. 3. Содержание остаточных нефтяных углеводородов в почве под посевами растений-фиторемедиантов

Для общей оценки биологической активности рекультивируемой почвы использовался интегральный показатель биологической активности, предложенный Т.А. Девятовой [10]. Для его расчета использовали как биохимические, так и микробиологические показатели.

Таблица. Эколого-биологический интегральный показатель состояния почвы (ИБПС)

Из таблицы видно, что эколого-биологический интегральный показатель состояния почвы под посевами костреца безостого через 30 и 60 сут после загрязнения был выше показателей других расте-ний-фиторемедиантов, что говорит о максимальном положительном влиянии данного растения на восстановление биологической активности почвы. Усиление микробиологической активности также свидетельствует об активно протекающих процессах деградации поллютанта.

Биологический показатель под посевами бархатцев прямостоячих и пшеницы яровой был ниже 50%, т.е. активность почвы под посевами была в два раза ниже, чем в контрольном образце. Для люцерны посевной ИБПС состояния почвы превысил 50% барьер, что говорит о более интенсивном протекании процессов очистки и детоксикации.

Проведенное исследование показало, что только комплексная оценка с учетом нескольких параметров, в том числе биохимических, может позволить выявить наиболее эффективные методы биоремедиации, т.к. в первую очередь все мероприятия направлены на восстановление ее биологических свойств.

Таким образом, наиболее эффективными фиторемедиантами для очистки и детоксикации нефтезагрязненной серой лесной почвы оказались люцерна посевная ( Medicago sativa L.) и кострец безостый ( Bromopsis inermis L.).