Проблема загрязнения почвенного покрова углеводородами нефти и пути улучшения их экологического состояния

Бюллетень науки и практики / Bulletin of Science and Practice

Азербайджан еще со средних веков известен своими нефтяными богатствами, к сожалению, на всех этапах нефтяного бизнеса: разведки, добычи, транспортировки, хранения и переработки нефти происходит процесс загрязнения окружающей среды. Особенно остра проблема загрязнения земель нефтью и нефтепродуктами в местах добычи нефти [1-5].

Одним из таких территорий являются почвы Сиязанского района, которые уже многие десятилетия загрязнены нефтью и нефтепродуктами. Сиязанский район расположен на северо-восточном склоне Большого Кавказа , в Самур-Дивичинской низменности, на берегу Каспийского моря. Загрязненные территории составляют более 10 000 га, из которых 7 400 га составляют сельскохозяйственные угодья. В настоящее время в очистке нефтезагрязненных почв широко используют биотехнологии, основанные на способности микроорганизмов использовать нефть и нефтепродукты. При этом деструкторами может выступать аборигенная микрофлора, сохранившаяся в загрязненной почве, или специально вносимые в виде биопрепарата культуры активных микроорганизмов-деструкторов нефтяных загрязнений [6, 7].

Последний вариант биотехнологии наиболее востребован, и имеются различные биопрепараты, основу которых составляют моно- или ассоциации культур микроорганизмов [8-12].

Проблема биогенности почв, с которой нераздельно связаны такие свойства почв, как плодородие и самоочищение особенно актуальна для территорий с промышленной ориентацией. Цель работы: изучение закономерностей изменения почвенной микрофлоры на территории нефтяного месторождения «Сиязаньнефть» в условиях интенсивного антропогенного воздействия и поиска путей оптимизации экологической ситуации.

Объекты и методы

Объект исследования — сероземно-луговые почвы Сиязанского района. Отбор проб почвы выполняли по принципу «конверта» в стерильный пакет [13].

В ходе исследования были определены общая численность микроорганизмов (МО), а также численности углеводородокисляющих (УОМ) и целлюлозаразлагающих микроорганизмов. Общую численность гетеротрофных микроорганизмов определяли на МПА [14].

Численность углеводородокисляющих микроорганизмов определяли на агаризованной среде Раймонда с добавлением в качестве единственного источника углерода и энергии н-гексадекана, целлюлозаразлагающих микроорганизмов – на среде Гетчинсона с добавлением целлюлозного порошка. Дыхание почв определяли по интенсивности продуцирования углекислого газа [15].

Модельный эксперимент проводили в лабораторных условиях: почву инкубировали в вегетационных сосудах с внесением в них в различных модификациях опилки, навоз и биопрепарат, при поддержании температуры при 220С и поддержании степени влажности на уровне 50-60% от полной полевой влагоемкости

Анализ остаточного содержания нефти в почве проводили гравиметрическим методом в аппарате Сокслета после экстракции смесью растворителя гексан: хлороформ (1:1об.%) [16].

Результаты и их обсуждение

В исследуемых образцах содержание углеводородов составляло 24,02 г/кг почвы, и это при том, что фоновый показатель, принятый в Азербайджане составляет 0,1 г углеводородов на кг почвы. Результаты показали, что микроорганизмы по-разному реагируют на содержание углеводородов в почве, так в исследуемых почвах по сравнению с контролем наблюдается снижение общей численности и повышение численности углеводородокисляющих микроорганизмов (Рисунок).

■ Сероземно-луговая

■ Контроль

Рисунок. Численность микроорганизмов в нефтезагрязненной сероземно-луговой почве

Наблюдалось почти полное подавление активности целлюлозоразлагающих микроорганизмов в загрязненных почвах по сравнению с контролем. Причинами снижения численности этой группы микроорганизмов, наряду с загрязнением почв поллютантами является также и низкое содержание растительных остатков по сравнению с чистой почвой. Вероятно, чувствительные к нефти микроорганизмы погибают, в то время как резистентные формы активно развиваются. Все это свидетельствует о негативном воздействии нефтезагрязнения. Для оптимизации экологических функций исследуемой почвы был поставлен модельный эксперимент в 5 вариантах в течение 6 месяцев.

При применении различных добавок и биопрепарата в ходе эксперимента проведено изучение их комплексного влияния на разложение углеводородов и биогенность нефтезагрязненных почв. В качестве биодобавок использовали древесные опилки, навоз и биопрепарат «Ферми-старт».

Древесные опилки (размером до 0,2-0,3 мм) использовали для улучшения структуры и физико-химических свойств загрязненной почвы - повышая её пористость и улучшая степень аэрируемости почв можно положительно воздействовать на рост и развитие аэробных нефтеокисляющих микроорганизмов.

Навоз — это органический материал, являющийся источником разнообразных микроорганизмов, способных разлагать самые различные субстраты.

Биопрепарат Фермистарт относится к группе эффективных микроорганизмов, в его состав входят фотосинтезирующие, молочнокислые, азотфиксирующие бактерии, а также консорциум микроорганизмов из группы дрожжевых грибов, и актиномицетов. Минимальное содержание микроорганизмов — 1-108 КОЕ.

Схема опыта:

• 1.    вариант - исследуемая почва

• 2.    вариант - почва +опилки

• 3.    вариант - почва +ферми-старт

• 4.    вариант - почва+ ферми-старт +опилки

• 5.    вариант - почва ++ферми-старт +навоз

Через 6 месяцев во всех вариантах определяли содержание остаточных углеводородов, общую численность микроорганизмов и численность нефтеокисляющих и целлюлозаразлагающих микроорганизмов. Результаты представлены в Таблице.

Таблица

ОБЩАЯ ЧИСЛЕННОСТЬ МИКРООРГАНИЗМОВ И СОДЕРЖАНИЕ ОСТАТОЧНЫХ УГЛЕВОДОРОДОВ (до и после экспериментов)

Почвы	Численность до эксперимента, КОЕ/г почвы			СОУ, г/кг почвы
	Общая численность	ЦРМ	УОМ
Контроль	7,9 х 106	5,8 х 104	1,3 х 104	-
Сероземнолуговые	2,2 х 105	21	2,0 х 105	24,2
Варианты		через 6 месяцев
1. Исследуемая почва	3,4 х 105	22	2,8 х 105	23,8
2. Почва +опилки	3,2 х 106	2,2 х 102	3,4 х 106	20,2
3. Почва +фермистарт	5,1 х 107	2,5 х 102	5,7 х 106	15,2
4. Почва+фермистарт +опилки	7,2 х 108	4,9 х 104	7,2 х 108	9,3
5. Почва+фермистарт +навоз	1,5 х 108	4,2 х 103	1,5 х 108	11

Примечание: СОУ - содержание общих углеводородов

Результаты показали, что через 6 месяцев во всех вариантах модельного эксперимента увеличивается общая численность гетеротрофных микроорганизмов в почвах (ОЧМ), что свидетельствует о повышении активности микроорганизмов в почве и формировании благоприятных условий для их деятельности. При этом начиная с 3 варианта численность микроорганизмов превышает соответствующий показатель в чистых почвах — в контроле (7,9 х 106 КОЕ/г почвы).

Наилучший результат был зафиксирован в 4 варианте, который можно рассматривать как наиболее эффективный, так как создается возможность комплексного влияния на почву — разлагать углеводороды и повышать биологические функции нефтезагрязненных почв. Внесение биопрепарата в почву с древесными опилками способствовало увеличению численности целлюлозоразлагающих и углеводородокисляющих микроорганизмов, в результате чего снизилось содержание углеводородов в почве.

Выводы

Под воздействием нефтяного загрязнения, по сравнению с контролем, в исследуемых почвах снижается ОЧМ микроорганизмов. Наблюдалось также почти полное подавление активности целлюлозоразлагающих микроорганизмов в загрязненных почвах, на фоне увеличения численности углеводородразлагающих микроорганизмов.

Внесение в загрязненную почву мелиорантов: микробного биопрепарата и растительных отходов как отдельно, так и совместно в модельном эксперименте способствовало увеличению общей биогенности почв, с которой нераздельно связаны такие свойства почв, как плодородие и самоочищение, а также снижению содержания общих углеводородов в почве на 17-62% по сравнению с контролем.

Разработанные биотехнологии можно рассматривать как возможность комплексного влияния на почву — активизировать процессы самоочищения нефтезагрязненных почв от углеводородов и повышению общей их биогенности, что, в конечном счете улучшит экологическое состояние региона.