Биологическая активность и микробиологическая рекультивыция почв, загрязненных нефтепродуктами
Биологическая активность и
микробиологическая рекультивыция почв, загрязненных нефтепродуктами
Алехин В.Г., Емцев
В.Т.,Рогозина Е.А., Фахрутдинов А.И.
Загрязнение почвы
углеводородным сырьем и ее биологическая активность
Естественное
восстановление плодородия почв при загрязнении нефтью происходит значительно
дольше, чем при других техногенных загрязнениях. Резко изменяется водопроницаемость
вследствие гидрофобизации, структурные отдельности не смачиваются, а вода как
бы "проваливается" в нижние горизонты профиля почвы; влажность
уменьшается. Как следствие этого - выпадение одного из главных звеньев ценоза -
растительности [I].
Нефть и нефтепродукты
вызывают практически полную депрессию функциональной активности флоры и фауны.
Ингибируется жизнедеятельность большинства микроорганизмов, включая их
ферментативную активность. Управление процессами биодеградации нефти должно
быть направлено, прежде всего, на активизацию микробных сообществ, создание
оптимальных условий их существования [2]. Отмечается большая неоднородность
распределения нефтяных компонентов в почвах разных участков нефтепромыслов, что
зависит от физических и химических свойств конкретных почвенных разностей,
качества и состава поступившей нефти [З]. В результате этого условия
самоочищения окружающей среды от токсичных органических веществ техногенного
происхождения в ландшафтных зонах и областях России различны [4].
Попадая в почву, нефть
увеличивает общее количество углерода. В составе гумуса возрастает
нерастворимый остаток, что является одной из причин ухудшения плодородия. Это,
в свою очередь, наносит ощутимый экономический ущерб земледелию [5]. Возрастает
отношение C:N. Ухудшается азотный режим [б], что в случае рекультивации требует
внесения повышенных доз азотных удобрений [7]. На окисление 1 г нефти требуется
80 мг азота и 8 мг фосфора [8, 9]. Рекомендуется вносить массированные дозы
органических удобрений, что повышает биохимическую и микробиологическую
активность почв, быстрее снижает количество остаточной нефти, чем при внесении
одних минеральных удобрений [10].
Почва, обладая
свойством дисперсного гетерогенного тела, действует как хромотографическая
колонка, в которой происходит послойное перераспределение компонентов нефти.
Показано, что угнетение растений начинается, когда количество нефтяных
углеводородов (УВ) в почве становится выше 1 кг/м2.
И.Г.Калачников [11]
выделяет три этапа процесса самоочищения почвы, 1-й этап (1-1,5 года)
характеризуется физико-химическими процессами, включающими вы-мывание,
выветривание, распределение нефтяных УВ по почвенному профилю. Исчезают УВ
Cig-Cig. Наблюдается активизация микрофлоры. На П-ом этапе (3-4 года)
происходит биологическое превращение метанонафтено-вых и ароматических УВ.
111-й этап включает деградацию полициклической ароматики. На всех этапах, а
особенно на Ш-м, рекомендуется активное рыхление почвы, внесение разрыхлителей,
например, торфа, а также NPK, которые способствуют снижению содержания
алифатиче-ских структур в разрушающихся углеводородах [II]. По силе
токсического действия на микроорганизмы нефтяные фракции располагаются в
следующей убывающей последовательности: ароматические УВ-циклопарафи-новая
фракция-парафиновая [12, 13].
Небольшое количество
УВ (5 г/100 г почвы) стимулирует деятельность микрофлоры [14]. Однако, процесс
нитрификации ингибируется любой концентрацией УВ; нитрификация является
наиболее чувствительным процессом на "нефтяное" загрязнение почвы [15].
Наиболее важными условиями активной деятельности микрофлоры в присутствии
нефтяных загрязнений также является влажность и температура почвы [1б].
Для активной
рекультивации почво-грунтов в качестве основных и необходимых компонентов нужны
минеральные удобрения, предпочтительнее аммонийные формы азота и фосфор, а
также активные культуры нефтеокис-ляющих микроорганизмов (НОМ) [17].
Внесение удобрений
(NigoPlsoK-oo) в загрязненную почву (6% УВ) увеличивает биологическую
активность: возрастает интенсивность дыхания, коэффициент минерализации,
активность ряда ферментов. Чувствительность же отдельных групп микроорганизмов
к отдельным фракциям нефти определяется химическим составом и физическими
свойствами последних [18-20].
Интересно отметить,
что УВ, попадающие в почву, обогащают ее углеродом и способны повысить
активность биологической азотфиксации [2]. Увеличение интенсивности нефтяного
загрязнения (до нескольких процентов) приводит к увеличению концентрации азота,
являющегося следствием увеличения численности свободно живущих азотфиксаторов;
одновременно снижается нитрифицирующая активность, и основная часть азота
выступает в аммонийной форме [21]. Способность к фиксации азота азотобактером
проявляется на средах с октаном, толуолом, салициллатом [22]. Выделен ряд
бактерий (ноккар-дия, артробактер, бревибактерум), способных усваивать
атмосферный азот; у некоторых бактерий фиксация азота была выше при
культивировании на средах с парафином (Cii-622), чем с сахарозой. В почвах,
содержащих небольшое количество битумных веществ (0,2%), таких бактерий было
больше, чем в контрольных почвах [23, 24].
Таким образом, влияние
нефти и отдельных ее продуктов на почву и почвообразовательный процесс
исследован довольно подробно. Окисление нефти начинается сразу после ее попадания
в почву. Общими чертами этого процесса является быстрое разрушение
метановонафтено-вых фракций, снижение содержания полициклических УВ в нафтен
оароматической фракции, относительное увеличение доли смолистых веществ в
нефти, переход части нефтяных компонентов в нерастворимые в органических
растворителях формы. Скорость изменения отдельных УВ и групповых фракций
зависит от природно-климатических зон и состава исходной нефти [25, 2б].
Необходимо отметить
важность аэрирования почв, в частности, путем внесения рыхлых материалов,
например, туффита, торфа, соломы, а также искусственных структурообразователей
[27, 28].
Экспериментальная
часть
Микрополевой опыт по
разработке технологии рекультивации аварийного загрязнения почвы нелетучими
фракциями газового конденсата проводился на участке насыпного песчаного грунта,
расположенном возле кранового узла газоконденсатного трубопровода.
Почвы-подзолы иллювиально-железистые, расположенные на размытых останцах в
пойме р.Оби. Почвообразующими породами являются аллювиальные пески и слоистые
супеси речных террас р.Оби. Имеют сильнокислую реакцию (рН 4,8).
Климатические условия
района проведения исследований характеризуются суровой и продолжительной зимой,
коротким, но порой жарким летом и коротким весенне-осенним периодом.
Весенний переход
средней суточной температуры через О °С по многолетним наблюдениям происходит
21.4- 01.5, осенью - 11.10-21.10. Продолжительность безморозного периода - от
53 до 138 дней. Сумма эффективных температур - 1300 °С, колебания температур в
июле - от -1 до +34 °С, средняя относительная влажность воздуха - 55-60% (в 13
часов). Средняя дата первого заморозка на почве - 1.09. Количество осадков за
теплый период (апрель-октябрь) - 350-400 мм. Снежный покров удерживается от 200
до 220 дней в году. Продолжительность вегетационного периода со средней
суточной температурой ниже 15 °С - 110-120 дней.
В опыте изучали
процессы деструкции углеводородов препаратами нефтеокисляющих микроорганизмов,
влияние на эти процессы торфа, древесных опилок хвойных пород и
сбалансированных по NPK минеральных удобрений на фоне оптимизации рН. Внесением
в почву мела рН доводили до 6,8. В качестве биотеста, характеризующего степень
рекультивации, а также как возможного активного агента рекультивации, на
опытные делянки в двух сериях опыта высевался костер безостый.
Для создания
выровненного фона нефтезагрязнения, а также для имитации аварийного
загрязнения, перед закладкой опыта на почву был нанесен газоконденсат,
состоящий на 60% из тяжелых и 40% летучих углеводородов (алифатических,
ароматических и алициклических), до проникновения его на глубину 20 см. До
нанесения нефтепродукта в почву и после нанесения определяли содержание
органического вещества и отдельно нефтепродукта: количество органического
вещества в почве до внесения нефтепродукта было равным 1569 мг/кг, а
нефтепродуктов - 1408 мг/кг, а после нанесения нефтепродукта количество
органического вещества было 5907 мг/кг, нефтепродуктов - 4259 мг/кг.
Образцы для анализов
отбирались в 10-кратной по-вторности до заливки почвы газовым конденсатом,
через 3 дня после заливки почвы, во время закладки опыта и в период уборки
урожая костра безостого. Всего рекульти-вационный период продолжался в течение
60 суток.
На рис. 1 приведена
схема опыта, состоящего из трех серий. В первой серии в качестве
биодеструкторов нефтепродукта применялся препарат ВНИГРИ "Нафтокс".
Во второй серии - "Нафтокс" и подсев костра безостого в варианты с
внесением тех или иных биогенных веществ (NPK, торф и опилки). В третьей серии
с такими же вариантами, как и во второй серии, в качестве биодеструктора
испытывался препарат "Псевдомин", разработанный кафедрой
микробиологии ТСХА.
Площадь делянок в
вариантах опыта 2,25 м2. Повторность опыта трехкратная.
Бактериальные
препараты и биогенные вещества, согласно схеме опыта, вносились в
соответствующие варианты и повторности опыта и лопатой перемешивались со слоем
грунта на глубину проникновения газового конденсата.
I
Похожие работы на - Биологическая активность и микробиологическая рекультивыция почв, загрязненных нефтепродуктами
|