Экологические аспекты трансформации ферментного пула почвы при нефтяном загрязнении и рекультивации (стр. 6 )

Интегральным показателем плодородия почв является урожайность. Уже в первый год при внесении полного минерального удобрения урожайность ячменя повысилась в I,2-2,9 раза, органо-минерального комплекса - в 2,5-5,2 раза, навоза - в 2-3,8 раза. С те­чением времени токсичность почвы снижалась. Если в первый год после загрязнения урожайность на загрязненной почве была меньше в 11,9 раза, чем на незагрязненной, то на третий год - в 3,5 раза. Однократное внесение удобрений оказалось менее эффектив­ным, чем ежегодное. Двойная доза вносимых удобрений повышала урожайность в большей степени, чем одинарная. Так, ежегодное внесение двойной дозы органо-минеральных удобрений повышало урожайность горохо-ячменной смеси (зеленая масса) в 8,6 раза, а к третьему году уро­жайность ячменя в этом варианте достигала уровня незагрязненной почвы (табл.14).

Положительное влияние комплекса N120Р180К180 + 140 т/га навоза проявлялось и в почвах, загрязненных различными фракциями нефти (ЛГК 6%, ЭМ 6%, Г 6%). Интенсивность дыхания через 1, 3 и 12 месяцев после постановки опыта возросла в 2-4,5 раза, досто­верно повышалась активность дегидрогеназы. Усиливалась активность уреазы в течение трех меся­цев (кроме варианта с ЛГК). Повышалась активность инвертазы в вариантах с загрязнением фракцией ЛГК. В целом, компостирование заг­рязненной фракциями нефти почвы с комплексом N120Р180К180 + 140 т/га навоза повышало ее биологическую активность и ускоряло процессы биодеградации нефтяных углеводородов, что подтверждалось ростом коэффициента минерализации углеводородов.

Таким образом, внесение комплекса навоз + NPK в большей степени стимулирует биологическую активность загрязненной почвы, а, следовательно, процессы биодеградации нефтяных углеводородов. Наиболее интенсивно процессы биодеградации протекают в первый год после загрязнения нефтью, затем они замедляются.

10.2. Использование активного ила для рекультивации почв, загрязненных нефтью

На серой лесной почве, загрязненной нефтью, внесение АИ через 3 суток после загрязнения снижало токсичность нефти для многих физиологических групп микроорганизмов. Так, разные дозы АИ поддержи­вали на фоновом уровне численность бактерий, растущих на КАА, аммонифицирующих бактерий, актиномицетов, целлюлозоразрушающих микроорганизмов, олигонитрофилов и нитрификаторов. АИ активизировал биологические процессы в почве и повышал интенсивность ее дыхания, отмечался стойкий рост численности углеводородокисляющих микроорганизмов (рис.7). Внесение АИ благоприятно сказывалось и на биохимических параметрах почвы, возвращая к исходному уровню активность окислительно-восстановительных и гидролитических фермен­тов. Активность дегидрогеназы при внесении АИ значительно возрастала, по­вышалась всхожесть семян и значительно интенсифицировалось биоразложение нефти (табл.13). Аналогичные данные получены и в полевых условиях.

Рис. 7. Численность актиномицетов (1,2) и углеводородокисляющих микроорганизмов (3,4) в нефтезагрязненной почве и обработанной активным илом (АИ). Примечание: 1, 3 – через месяц после загрязнения; 2, 4 – через 12

АИ ускорял биодеградацию нефти, стимулировал жизнедея­тельность микробиоты, увеличивал активность каталазы, дегидрогеназы, уреазы и инвертазы. Внесение АИ позволило получить урожай ячменя в первый же год, значительно превы­шающий урожай на нефтезагрязненной почве, однако он не достигал уровня контрольного вари­анта (рис.8). В последующие годы урожай яч­меня был несколько выше на рекультивируемой почве, чем на незагрязненной.

 

Рис.8. Влияние активного ила (АИ) на урожайность ячменя.

Примечание: 1 – через год, 2 – через 2 года, 3 – через 3 года.

АИ повышал биологическую активность серой лесной почвы, загрязненной высокими концентрациями нефтяных фракций: ЛГК 6%, ЭМ 6%, ЭМ6% + Г 6%, что выра­жалось в некоторой стабилизации численности отдельных эколого-трофических групп микроорганизмов и восста­новлении активности ферментов. Вне­сение АИ повышало коэффициент минерализации углеводородов при загрязнении ЛГК в 4,7 раза, ЭМ - в 4,3 раза, ЭМ + Г - в 5,2 раза. Комплекс АИ и опилок (в качестве адсорбента), используемый для очистки нефтезагрязненной почвы, по рекульти­вирующему действию существенно не отличался от АИ.

Таблица 13

Влияние активного ила на активность ферментов (на 1 г абс. сухой почвы), всхожесть семян (%), содержание остаточных компонентов нефти (г/100 г почвы) в нефтезагрязненной почве

Вариант опыта	Ферменты	Всхожесть семян, %	Остаточная нефть, г/100г почвы
Дегидрогеназа, мг формазана	Каталаза, мл 02	Уреаза, мг NH3	Инвертаза, мг глюкозы
Через 1 мес. после загрязнения
Контроль (К)	6,1	5,8	0,35	25,40	100	-
К + нефть	2,9	2,9	1,53	15,85	55	8,04
К + нефть + АИ	4,0	4,4	2,19	18,30	62	6,11
Через 12 мес. после загрязнения
Контроль (К)	6,9	5,5	0,37	27,16	100	-
К + нефть	0,8	1,7	1,10	20,38	55	5,92
К+ нефть + АИ	6,1	5,4	1,10	26,00	100	3,04

Лишь для отдельных параметров биологической активности почв внесение ком­плекса АИ + опилки было благоприятнее, чем од­ного АИ.

Таким образом, использование АИ способствовало интенсификации самоочищения почв, загрязненных нефтью и нефтепродуктами. Применение активного ила благоприятно сказы­валось на микробном и ферментном пуле загрязненных почв.

10.3. Использование бакпрепарата Бациспецин для рекультивации нефтезагрязненных почв

Очистка почв и грунтов путем внесения специальных культур микроор­ганизмов - один из наиболее распространенных способов рекультивации нефтезагрязненных почв. Использование биопрепарата Бациспецин увеличивало численность УОМ (рис.9) и ускоряло в два раза деструкцию остаточных компонентов нефти в почве (табл.14) как в полевых, так и в лабораторных условиях; усиливалась липолитическая активность серой лесной почвы, загрязненной различными дозами нефти. Самая высокая скорость липолиза отмечалась через 2 года в полевых условиях и через 1 год в лаборатор­ных. Вероятно, в результате биодеградации нефти в почве образовывались сложные эфиры карбоновых кислот, которые являются субстратом для липаз.

 

Рис. 9. Численность УОМ в полевых условиях при различных концентрациях неф­ти (г/100г почвы) с внесением Бациспецина.

Примечание: 1 - контроль; дозы нефти г/100 г: 2 - 5,67; 3 - 7,32; 4 - 9,65; 5 - 10,11.

Внесение Бациспецина в чернозем выщелоченный, загрязненный сырой нефтью в дозе 25 л/м2, ускоряло разложение нефти на 45 – 60% в течение 2,5 месяцев и повышало биомассу овса в 15 – 20 раз по сравнению с биомассой необработанной Бациспецином нефтезагрязненной почвы. Через 10 лет после загрязнения песчаного иллювиально-железистогумусового подзола нефтью на территории Быстринскнефть ПО Сургутнефтегаз в него вносили препарат Бациспецин. По истечении 2,5 месяцев после внесения препарата в нефтезагрязненную почву возрастала доля гетеротрофных бактерий, участвующих в деструкции органического вещества в 5-8 раз, бацилл – в 2-2,8 раза. В вариантах опыта с внесением Бациспецина уменьшалась численность микроскопических грибов в результате конкурентных взаимоотношений.

Таблица 14

Активность липазы и содержание остаточных компонентов нефти в серой лесной нефтезагрязненной почве и при рекультивации (полевой опыт)

Варианты опыта	Активность липазы, мл 0,05 N КОН	Остаточная нефть, г/100г
1	2	3	4	2	3	4
Контроль - К	9,68	10,11	9,76	10,76	-	-	-
К+Бациспецин	9,79	10,23	0,97	12,15	-	-	-
Первоначальная концентрация нефти 5,67 г/100г почвы
НЗП	8,29	11,25	11,89	12,89	4,75	4,12	0,65
НЗП+Бациспецин	8,96	12,12	14,02	14,62	3,70	2,78	Сл.
Первоначальная концентрация нефти 7,32 г/100г почвы
НЗП	7,92	10,10	12,34	13,45	6,31	5,23	1,82
НЗП+Бациспецин	7,86	10,32	15,23	15,74	4,97	3,95	0,45
Первоначальная концентрация нефти 9,65г/100г почвы
НЗП	7,22	10,38	11,43	13,25	8,45	7,43	2,63
НЗП+Бациспецин	7,18	10,55	14,56	15,56	6,79	5,21	0,84
Первоначальная концентрация нефти 10,11 г/100г почвы
НЗП	6,38	8,31	7,98	10,55	9,11	8,34	3,42
НЗП+Бациспецин	-	10,02	12,95	16,44	8,99	7,32	1,12

Примечание: НЗП - нефтезагрязненная почва; 1 - через 3 сут.; 2 - через 6 мес.: 3 - через 1 год.;4- через 2 года.

С течением времени в загрязненной нефтью почве активизировались окислительно-восстановительные процессы. Активность дегидрогеназы увеличивалась в 5 раз, пероксидазы – в 9,6 раза по сравнению с незагрязненной почвой. В результате процесса трансформации нефти под действием препарата Бациспецин уменьшалось содержание общего органического углерода по сравнению с фоном на 3,6 - 5,6% (табл.15).

Таблица 15

Содержание органического углерода и продуцирование СО2 микроорганизмами при биологической рекультивации песчаного иллювиально-железисто-гумусового подзола (0-20см)

Варианты опыта	С общ. %	С-СО2 мг/100г почвы	Остаточная нефть г/100г почвы	%разложения нефти	Ферментативная активность
Нефтезагрязненная почва - К	7,8	0,7	10,30	-	Дегидрогеназа, мг формазана	Пероксидаза, мг пара бензохинона	Полифенолоксидаза, мг парабензохинона
Целинная незагрязненная почва	0,8	0,6	не обнар.	-	1,67	0,212	0,009
К+N180P180K180	6,0	0,8	7,20	30,6	0,32	0,022	0
К+Бациспецин 500 г/м2	3,6	1,4	4,52	55,8	0,97	0,488	0,003
К+Бациспецин 500 г/м2+ N180P180K180	5,6	1,6	4,92	52,4	0,93	0,569	0,005
НСР 0,95	1,7	0,4	1,52		0,34	0,213	0,004

Высокой эффективностью действия препарат обладал как при раздельном применении, так и в сочетании с минеральными удобрениями. В этих вариантах разложилось за 2,5 месяца 52,4 – 55,8% нефти (табл.15). Внесение препарата вело к сниже­нию фитотоксичности, остаточной нефти и повышению урожай­ности овса на рекультивируемой почве.