Размещено на http://www.allbest.ru/

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата биологических наук

Экологическая оценка эффективности очистки нефтезагрязненных почв биопрепаратом «Псевдомин» в условиях различных режимов увлажнения

Алонге Олатунбосун Олавойе

03.02.08 - экология (биология)

03.02.03 - микробиология

Москва - 2013

Работа выполнена на кафедре экологии и кафедре микробиологии и иммунобиологии Российского государственного аграрного университета - МСХА имени К.А. Тимирязева.

Научные руководители: доктор биологических наук, профессор

Васенев Иван Иванович

кандидат биологических наук, доцент

Селицкая Ольга Валентиновна

Официальные оппоненты: Макаров Олег Анатольевич

доктор биологических наук, профессор

кафедры земельных ресурсов и оценка почв

МГУ имени М.В. Ломоносова

Ананьева Надежда Дмитриевна

доктор биологических наук, профессор

ведущий научный сотрудник ИФХиБПП РАН

Ведущая организация: Почвенный институт имени В.В. Докучаева

РАСХН

Защита состоится 24 апреля 2013 года в 16 часов 00 минут на заседании диссертационного совета Д 220.043.03 при Российском государственном аграрном университете - МСХА имени К.А. Тимирязева по адресу: 127550, г. Москва, ул. Прянишникова, д.15.

С диссертацией можно ознакомиться в Центральной научной библиотеке РГАУ - МСХА имени К.А. Тимирязева.

Автореферат разослан « » марта 2013 года.

Ученый секретарь

диссертационного совета А.Н. Смирнов

Общая характеристика работы

Актуальность темы. Характерные для последних лет локально идущая (в крупных холдингах) интенсификация сельского хозяйства и активное освоение прилегающих к большим городам сельских территорий, с одной стороны, и все еще сохраняющееся преобладание очень старой сельскохозяйственной техники в небольших хозяйствах, с другой стороны, приводят к постепенному увеличению площади загрязненных нефте-продуктами сельскохозяйственных земель Центрального региона России (Колесников и др., 2007; Рахимова и др., 2009; Черногоров и др., 2012).

Это актуализирует задачи разработки экологически безопасных и экономически эффективных технологий очистки нефтезагрязненных земель с использованием современных биопрепаратов, ускоряющих процессы биоре-медиации, разложения углеводородов нефтепродуктов, восстановления плодородия и экологических сервисов агроландшафтов (Логинов, 2000; Mohan et al., 2006; Handi et al., 2007; Карасева и др., 2009; Loick et al., 2009; Керимов, Васенев, 2010).

Цель нашей работы состоит в проведении комплексных экологических исследований состояния загрязненных типичными нефтепродуктами дерново-подзолистых почв и выщелоченных черноземов Центрального региона России, с экологической оценкой эффективности их очистки биопрепаратом Псевдомин в условиях различных режимов увлажнения.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

1. Исследовать влияние трех уровней увлажнения почв (полная влагоемкость (ПВ); 0,6 ПВ; 0,3 ПВ) на скорость разложения двух вариантов нефтепродуктов (дизельное топливо и трансмиссионное масло) в верхних горизонтах лесных дерново-подзолистых почв, характерных для Централь-ного региона России, в процессе их биоремедиации с использованием биопрепарата Псевдомин.

2. Дать сравнительную оценку экологической эффективности действия биопрепарата Псевдомин при очистке загрязненных дизельным топливом, гумусово-аккумулятивных и элювиальных горизонтов дерново-подзолистых почв.

3. Провести анализ влияния разных режимов увлажнения на экологическое состояние и биологическую активность загрязненных дизельным топливом верхних горизонтов дерново-подзолистых почв, характерных для Центрального региона России, в процессе их биоремедиации с использованием биопрепарата Псевдомин.

4. Провести анализ влияния разных режимов увлажнения на экологическое состояние и биологическую активность загрязненных дизельным топливом верхних горизонтов выщелоченных черноземов, характерных для Центрального Черноземного региона России, в процессе их биоремедиации с использованием биопрепарата Псевдомин.

Научная новизна работы. В результате проведенных исследований показано, что биопрепарат Псевдомин способен стимулировать естественную микрофлору гумусово-аккумулятивных и пахотных горизонтов незагрязненных и, особенно, нефтезагрязненных лесных и окультуренных дерново-подзолистых почв. Важным фактором, влияющим на приживаемость интродуцированной популяции бактерий рода Pseudomonas (штамм РГАУ-МСХА имени К.А. Тимирязева), являются условия увлажнения почвы. Установлено, что наилучшая приживаемость бактерий, внесенных с биопрепаратом, отмечается при уровне влажности около 60 % ПВ. В оптимальных условиях увлажнения применение биопрепарата увеличивает скорость разложения дизельного топлива и трансмиссионного масла в лесных и окультуренных дерново-подзолистых почвах и выщелоченных черноземах, в среднем, до 2 раз.

Практическая значимость работы. Установленные в рамках проведенного исследования региональные закономерности функционального влияния уровня увлажнения на скорость разложения исследуемых нефтепродуктов (дизельное топливо и трансмиссионное масло) позволили выявить рабочий диапазон изменения оптимальных условии увлажнения в (0,6-0,5)ПВ. Это необходимо учитывать при планировании мероприятий по биоремедиации загрязненных этими нефтепродуктами верхних горизонтов зональных почв, характерных для Центрального региона России (от дерново-подзолистых почв до выщелоченных черноземов). Наряду с этим, полученные навыки и знания в области экологии, биоремедиации и выделения из нефтезагрязненных почв штаммов бактерий-деструкторов углеводородов нефти помогут выделить из нигерийских почв перспективные штаммы микроорганизмов-деструкторов нефти и разработать технологию приготовления нового биопрепарата, адаптированного к условиям региона.

Апробация работы. Основные положения диссертации были доложены и обсуждались на Экологическом форуме (Москва, 2010), Международной научной конференции молодых ученых и специалистов РГАУ-МСХА (Москва, 2011), Международной научной конференции студентов, аспирантов и молодых учёных «Ломоносов-2012» (МГУ, 2012), заседаниях кафедр экологии, микробиологии и иммунологии РГАУ-МСХА.

Публикации. По теме диссертации опубликованы 4 работ, в том числе 1 - в профильном журнале по списку ВАК.

Структура и объем работы: диссертация изложена на 120 страницах, содержит 25 таблицу и 15 рисунков, состоит из введения, пяти глав (включающих обзор литературы, описания объектов и методов исследований, анализ и обсуждение результатов исследований), выводов, списка использованной литературы (223 источников, из которых 88 - на английском языке) и приложений.

Благодарность. Я выражаю самую глубокую признательность правительствам Нигерии и России за предоставленную мне возможность учиться и совершенствовать свои знания в России. Я благодарен моим научным руководителям профессору И.И. Васенову и доценту О.В. Селицкой за постоянную помощь и ценные советы во время выполнения работы. Благодарю всех сотрудников лаборатории микробиологии и, особенно, Л.В. Самохина за помощь при проведении лабораторных анализов. Также спасибо моим друзьям, которые помогли мне в выполнении различных этапов моей работы.

Глава 1. Экологические основы биоремедиации почв, загрязненных нефтью и нефтепродуктами

Наиболее перспективной технологией очистки почв загрязнённых нефтью и нефтепродуктами считается внесение в почву адаптированных к ней комплексов микроорганизмов, отличающихся повышенной способнос-тью к биоразложении основных углеводородных компонентов нефти и продуктов ее переработки (Atlas et al., 1992; Margesin, 2000; Vidali, 2001; Назарько, 2004; Tyagi et al., 2010).

Для разложения нефти, в основном используются углеводородоки-сляющие бактерии родов Pseudomonas, Acinetobacter, Arthrobacter, Azotobacter, Bacillus, Rhodococcus, Micobacterium; дрожжи родов Candida, Fusarium; нитевидные актиномицеты рода Streptomyces; грибы, относящихся к родам Aspergillus и Penicillium (Bossert, Bartha, 1984; Brown-Lewis, 1987; Chaillana et al., 2004; Могилевская, 2005; Wang et al., 2011). На их основе в России разработано около 40 биопрепаратов, примером которых являются: Биоприн, Деворойл, Деградойлас Инипол, Нафтокс, Ремедиаст, Фаерзайм (Кузнецов и др., 2010).

Эффективность и безопасность биоремедиации напрямую зависит от соблюдения и выполнения всех технологических тонкостей процесса внесения микроорганизмов в нефтезагрязненные среды; рода и вида вносимых микроорганизмов; типа нефтяного загрязнения и масштаба; учета климатических условий и факторов окружающей среды; содержания в загрязненных экосистемах элементов минерального питания, необходимых для жизнедеятельности микроорганизмов; физико-химических показателей почв, таких как гранулометрический состав, рН среды, и, особенно, влажность почвы.

Разработанный на кафедре микробиологии РГАУ-МСХА имени К.А. Тимирязева биопрепарат Псевдоним создан на основе штаммов углеводородокисляющих микроорганизмов рода Pseudomonas putida, выделенных из дерново-подзолистой почвы, длительное время подверга-вшейся загрязнению нефтепродуктами АЗС. Согласно предыдущим исследованиям (Станкевич, 2002; Емцев, 2012), Псевдоним обладает выраженным пролонгированным деградационным последействием на нефтепродукты, остающиеся в почве после механической и/или физико-химической очистки. Он успешно прошел испытания в условиях южнотаежной зоны европейской части России и ряда нефтеносных районов Сибири. Однако пока еще недостаточно изучена эффективность действия этого биопрепарата на различные варианты нефтезагрязненных окультуре-нных и природных почв, характерных для Центрального региона России, в условиях различных режимов увлажнения, что определяет актуальность нашего исследования.

Глава 2. Объекты и методы исследований

Основными объектами исследования послужили представительные варианты окультуренных и лесных дерново-подзолистых почв и выщелоче-нного чернозема, характерных для Центрального региона России.

Для решения поставленных задач была поставлена несколько серий экспериментов (рис. 2.1), в которых изучалась эффективность действия биопрепарата Псевдомин на очистку нефтезагрязненных почв в лаборатор-ных условиях:

· Эксперимент 1. Для изучения эффективности действия биопрепарата в условиях 3 режимов увлажнения использовали смешанный образец верхних гумусово-аккумулятивного (А1) и переходного (А1А2) горизонтов слабо-дерново-глубокоподзолистой поверхностно-оглеенной легко-суглинистой почвы, отобранный на 4-ом ключевом участке экологического мониторинга Лесной Опытной Дачи (ЛОД) РГАУ-МСХА (табл. 2.1).

Таблица 2.1. Краткая характеристика исследуемых образцов дерново-подзолистых почв ЛОД в эксперименте № 1 (Буринова, 2011)

Рельеф и (координаты) в месте отбора	Горизонты	Глубина	Сорг,%	рНН2О	рНKCЛ	Нг,мг-экв/100г почвы
Средняя часть пологого слабовогнутого склона повышенной длины ЮЗ экспозиции (N55° 48' 59.5? E037° 32' 59.4?)	А1 + А1А2	0-28	1,26	4,09	3,61	11,90

· Эксперимент 2. Для сравнительной оценки эффективности действия биопрепарата на разные горизонты дерново-подзолистых почв использовали смешанные образцы гумусово-аккумулятивного и переходного горизонтов (А1+А1А2) и элювиального горизонта (А2), среднедерново-глубокоподзолистой легкосуглинистой почвы, отобранные на 3-м ключевом участке экологического мониторинга Лесной Опытной Дачи (ЛОД) РГАУ-МСХА (табл. 2.2).

очистка почва биопрепарат псевдомин

Таблица 2.2. Краткая характеристика исследуемых горизонтов дерново-подзолистых почв ЛОД в эксперименте № 2 (Буринова, 2011)

Рельеф и (координаты) в месте отбора	Горизонты	Глубина	Сорг,%	рНН2О	рНKCЛ	Нг,мг-экв/100г почвы
Водораздельная часть мореного холма (N55° 49' 11.8? E037° 33' 08.6?)	А1 + А1А2	0-30	1,91	4,21	3,81	12,80
	А2	30-44	0,31	4,32	4,93	8,50

· Эксперимент 3. Для изучения влияния разных режимов увлажнения на биологическую активность нефтезагрязненных почв под действием бактерий рода Pseudomonas, использовали смешанные образцы пахотного горизонта из двух типов зональных почв: дерново-подзолистая окультуренная легко-суглинистая почва (Опыт Точного Земледелия РГАУ-МСХА) и чернозем выщелоченный среднесуглинистый (Учхоз имени Калинина, Тамбовская область). Образцы были отобраны из пахотного горизонта (табл. 2.3).

Таблица 2.3. Краткая характеристика образцов смешанных верхних горизонтов исследуемых почв в эксперименте № 3

Почва	Горизо-нты	Глуби-на	Сорг,%	рНKCЛ	Нг, мг-экв/100г почвы	Р2О5 мг/кг почвы	К2О мг/кг почвы
Окультуренная легкосуглинистая дерново-подзолистая	Апах	0-24	2,4	4,8	3,7	173,0	107,0
Выщелоченный среднесуглинистый чернозем	Апах	0-28	6,8	-	3,9	153,0	194,0

В качестве загрязнителя в лабораторных опытах использовали дизельное топливо (эксперимент 1, 2 и 3) и трансмиссионное масло (экспери-мент 1), так как они чаше всего применяются в сельском хозяйстве. Краткая характеристика используемых нефтепродуктов приведена в табл. 2.4.

Таблица 2.4. Краткая характеристика используемых в эксперименте нефтепродуктов

Вид используемого нефтепродукта	Плотность, кг/мі	Температура вспышки, °C.	Температура застывания
Дизельное топливо	840	40	?35
Трансмиссионное масло	950	185	?18

В работе использовались чистые культуры впервые выделенных из нефтезагрязненной дерново-подзолистой почвы штаммов микроорганизмов-деструкторов нефти, отнесенных к роду Pseudomonas - Ps. putida st. 91 - 96 (кафедра микробиологии и иммунобиологии РГАУ-МСХА имени К.А. Тимирязева). Инокуляция микроорганизмов-деструкторов нефти в почву проводилась внесением водной суспензии штаммов Рseudomonas putida.

Рис. 2.1. Блок-схема экспериментов

Влажность почвы при проведении эксперимента поддерживалась на 3-х (1-й эксперимент) или 2-х (3-й эксперимент) разных уровнях (см. рис. 1). В исследуемых почвах полная влагоёмкость (ПВ) соответствует 43,5%, 0,6ПВ - 26% и 0,3ПВ - 13%. Влажность поддерживали путем ежедневного полива, контролируя весовым методом.

Методы исследования. В процессе проведения экспериментов определяли в динамике следующие параметры:

1. Остаточное содержание углеводородов нефти в почве методом ИК-спектрометрии, на приборе «Флюорат-02» (ПНДФ 16.1:2.2.22-98).

2. Биологическая активность почвы оценивалась по показателям дыхания почвы, при измерении на газовом хроматографе «Хроматэк Кристалл 5000.2» (Ананьева, 2003). Численность и разнообразие почвенных микроорганизмов определяли методом микробиологического посева (Зенова, 2002; Нетрусов, 2005).

3. Фитотоксичность почв методом биотестирования на проростки овса и кресс-салата (Берестецкий, 1971; Федеральный реестр МВИ, 2006).

Исследования проводились в 2010-2012 годах в лабораториях агроэкологического мониторинга и микробиологии РГАУ-МСХА имени К.А. Тимирязева. Статистическая обработка результатов выполнена в программе «Statistic 8.0».

Глава 3. Влияние различных уровней увлажнения на скорость разложения нефтепродуктов в исследуемых лесных дерново-подзолистых почвах

Проведенные исследования по влиянию 3 уровней увлажнения на скорость разложения дизельного топлива в исследуемой почве показали что, через 12 недель эксперимента наблюдается резкое снижение содержания дизельного топлива, скорость которого существенно изменяется по вариан-там эксперимента: в 12-14 раз - в варианте (1,0-0,9)ПВ; в 60-70 раз - в варианте (0,6-0,5)ПВ; 13-14 раз в варианте (0,3-0,2)ПВ (относительно 1-ой недели эксперимента табл. 3.1). Это доказывает факт влияния различных уровней увлажнения на скорость разложения дизтоплива в исследуемых дерново-подзолистых почвах.

Наилучший результат наблюдается в вариантах с (0,6-0,5)ПВ влажнос-ти (3 и 4 варианты), что можно объяснить наблюдаемым в этом диапазоне влажности оптимальным соотношением жидкий и газообразный фаз почвы, оптимальным для минерализации органического вещества с отношением жидкий и газообразной фаз почв.

В вариантах с ПВ низкие значения остаточного содержания нефте-продуктов наблюдаются уже после 1 недели эксперимента. По все видимости это связано с регулярно повторяющимся фракционированием дизтоплива на поверхность полностью увлажненного образца с ее последующим испаре-нием.

Ускоренное испарение легких (летучих) фракций углеводородов нефти (75 % в дизтопливе) в начальном этапе эксперимента уже отмечалась ранее (Киреева, Халимов и др., 1996; Станкевич, 2002;)

Проведенные исследования показали существенные различие в скорости разложения дизельного топлива между вариантами с инокуляцией Pseudomonas и без нее: ускорение разложения, в результате инокуляции в 1-1,25 раз.

Таблица 3.1. Анализ скорость разложения дизельного топлива в смешанных образцах верхних гумусово-аккумулятивного (А1) и переходного (А1А2) горизонтов дерново-подзолистой почвы

Влажность, %	Варианты опыта	Фоновое содержание нефтепроду-ктов, мг/г	Количество внесенных нефтепроду-ктов, мг/г	Остаток нефтепродуктов, мг/г (по неделям)
				1	2	3	4	8	12
(1,0-0,9) ПВ	1	Загрязненная почва	0,01	15,0	1,86	1,59	1,23	0,85	0,32	0,13
	2	Загрязненная почва+ Pseudomonas			1,38	0,91	0,77	0,42	0,13	0,11
(0,6-0,5) ПВ	3	Загрязненная почва	0,01	15,0	9,08	7,44	6,09	5,10	0,68	0,15
	4	Загрязненная почва+ Pseudomonas			8,68	7,08	5,49	4,80	0,59	0,12
(0,3-0,2) ПВ	5	Загрязненная почва	0,01	15,0	9,37	8,27	6,40	5,35	1,36	0,70
	6	Загрязненная почва+ Pseudomonas			9,13	7,87	6,21	5,07	1,13	0,64
ОДК	4мг/г

НСР05 - 0,03

Другим важным загрязнителем является трансмиссионное масло, активно используемое для смазки зубчатых передач и других трущихся деталей механических, гидротехнических и гидрообъемных трансмиссий. Оно отличается большей плотностью (меньше алифатической и больше фенольных групп), чем дизтопливо и поэтому, как правило, скорость разложения в почве, медленнее протекала (табл. 3.2).

Влияние различных уровней увлажнения на скорость разложения трансмиссионного масла в исследуемой почве, показали что, через 12 недель эксперимента наблюдается резкое снижение содержания трансмиссионного масла, скорость которого существенно изменяется по вариантам экспери-мента: в 9-10 раз - в варианте (1,0-0,9)ПВ; в 11-16 раз - в варианте (0,6-0,5)ПВ; в 5 раз - в варианте (0,3-0,2)ПВ (относительно 1-ой недели эксперимента табл. 3.1).

Таблица 3.2. Анализ скорость разложения трансмиссионного масла в смешанных образцах верхних гумусово-аккумулятивного (А1) и переходного (А1А2) горизонтов дерново-подзолистой почвы

Влажность, %	Варианты опыта	Фоновое содержание нефтепроду-ктов, мг/г	Количество внесенных нефтепроду-ктов, мг/г	Остаток нефтепродуктов, мг/г (по неделям)
				1	2	3	4	8	12
(1,0-0,9) ПВ	1	Загрязненная почва	0,01	15,0	2,15	1,76	1,12	0,81	0,54	0,20
	2	Загрязненная почва+ Pseudomonas			1,73	1,04	0,67	0,50	0,35	0,19
(0,6-0,5) ПВ	3	Загрязненная почва	0,01	15,0	9,35	8,74	8,02	6,79	2,99	0,84
	4	Загрязненная почва+ Pseudomonas			9,18	8,39	7,51	6,48	2,06	0,55
(0,3-0,2) ПВ	5	Загрязненная почва	0,01	15,0	9,54	9,00	8,40	7,97	3,92	1,72
	6	Загрязненная почва+ Pseudomonas			9,36	8,86	8,19	7,45	3,55	1,65
ОДК	4мг/г

НСР05 - 0,04

В благоприятных условиях увлажнения (0,6-0,5)ПВ, скорость разложения происходит быстрее (особенно для трудно разлагаемого трансмиссионного масла) и эффект инокуляции Pseudomonas наиболее выраженном, по сравнению с другими уровней увлажнения, в этом случае скорость разложения трансмиссионного масла в результате инокуляции увеличивалась в 1-1,53 раз.

Таблица 3.3. Влияние загрязнения дизельным топливом на фитотоксичность исследуемой дерново-подзолистой почвы на проростки овса, в условиях различных режимов увлажнения

№ варианта	1 неделя	7 недель	12 недель
	Число проросших семян, %	Длина проростков, см	Число проросших семян, %	Длина проростков, см	Число проросших семян, %	Длина проростков, см
(1,0-0,9) ПВ	1	Незагрязненная почва	100	13,0	100	10,0	100	10,2
	2	Загрязненная почва	0,0	-	20	2,5	80	5,3
	3	Незагрязненная почва + Pseudomonas	100	13,5	100	11,0	100	10,5
	4	Загрязненная почва + Pseudomonas	20	1,2	60	6,0	100	7,3
(0,6-0,5) ПВ	5	Незагрязненная почва	100	12,0	100	9,1	100	11,0
	6	Загрязненная почва	0,0	-	80	7,2	100	6,2
	7	Незагрязненная почва+ Pseudomonas	100	6,0	100	11,0	100	10,6
	8	Загрязненная почва + Pseudomonas	20	1,4	100	8,5	100	7,8
(0,3-0,2) ПВ	9	Незагрязненная почва	60	1,7	60	6,0	60	6,4
	10	Загрязненная почва	0,0	-	40	4,8	60	4,0
	11	Незагрязненная почва+ Pseudomonas	20	0,1	60	5,1	60	7,7
	12	Загрязненная почва + Pseudomonas	0,0	-	60	7,0	60	7,3

НСР05 - 0,27

Таким образом, проведенные исследования показали существенное влияние фактора влажности, которая в 60-70 раз (в случае дизтоплива) и в 11-16 раз (в случае трансмиссионного масла) ускоряет скорость разложения нефтепродуктов в исследуемой дерново-подзолистой почве, в условиях благоприятных увлажнений (0,6-0,5)ПВ, что наиболее проявляется в случае загрязнения более плотным нефтепродуктом (трансмиссионное масло) которое дольше сохраняется в почве. В случае переизбытки (ПВ) и недостатки (0,3-0,2)ПВ увлажнения процесс биоремедиации существенно замедляется.

Важным интегральным показателем экологического состояния почв является фитотоксичность, результаты исследования который на проростках овса показали, что в вариантах эксперимента с загрязнением нефтепродук-тами наблюдалось существенное снижение процента проросших семян и уменьшение длины проростков овса (табл. 3.3).

Таблица 3.4. Влияние загрязнения трансмиссионным маслом на фитотоксичность исследуемой дерново-подзолистой почвы на проростки овса, в условиях различных режимов увлажнения

№ варианта	1 неделя	7 недель	12 недель
	Число проросших семян, %	Длина проростков, см	Число проросших семян, %	Длина проростков, см	Число проросших семян, %	Длина проростков, см
(1,0-0,9) ПВ	1	Незагрязненная почва	100	10,1	100	10,0	100	10,2
	2	Загрязненная почва	40	6,6	100	8,0	100	8,3
	3	Незагрязненная почва + Pseudomonas	100	9,3	100	11,0	100	10,5
	4	Загрязненная почва + Pseudomonas	40	6,2	100	7,1	100	7,3
(0,6-0,5) ПВ	5	Незагрязненная почва	100	10,0	100	9,1	100	11,0
	6	Загрязненная почва	40	4,0	100	7,0	100	8,2
	7	Незагрязненная почва+ Pseudomonas	100	10,1	100	11,0	100	10,6
	8	Загрязненная почва + pseudomonas	60	4,0	100	6,5	100	8,8
(0,3-0,2) ПВ	9	Незагрязненная почва	60	9,1	60	6,0	60	6,4
	10	Загрязненная почва	0	-	60	5,5	60	6,0
	11	Незагрязненная почва+ Pseudomonas	20	9,3	60	5,1	60	7,7
	12	Загрязненная почва + Pseudomonas	0	-	60	4,3	60	6,3

НСР05 - 0,37

Наиболее сильное повреждающее воздействие дизельного топлива на тест-растения отмечается в начальном периоде эксперимента в загрязненных вариантах без инокуляции Pseudomonas (2, 6, 10, 12) - происходит полное ингибирование прорастания семян. Со временем токсический эффект ослабл-ялся, за счет разложения дизтоплива микробиотой почвы и биопрепарата (см. табл. 3.1).

Вследствие ослабления токсического эффекта нефтепродуктов, наблюдается постепенное увеличение процента проросших семян до 60-100% и длины проростков овса до 11 см. Следует также отметить, что самые лучшие результаты, по сравнению с контрольными вариантами, показали варианты с (0,6-0,5)ПВ, в которых проводилась инокуляция Pseudomonas.

Аналогичная ситуация наблюдалась в эксперименте с трансмиссио-нным маслом: (резкое снижение прорастания семян овса при дефиците влаги и загрязнение почв маслом, табл. 3.4).

В то же время трансмиссионное масло оказалось менее токсичным, чем дизельного топливо, и с 7 недели эксперимента отмечается увеличение процента проросших семян до 60-100% и длины проростков овса до 11 см.

Глава 4. Сравнительная оценка эффективности действия биопрепарата «Псевдомин» на очистку загрязненных дизельным топливом двух различных горизонтов лесных дерново-подзолистых почв

Проведенные исследования по изучению эффективности действия биопрепарата Псевдомин на очистку загрязненные дизельным топливом гумусово-аккумулятивных (А1+А1А2) и элювиальных (А2) горизонтов дерново-подзолистых почв показали, что через 12 недель эксперимента наблюдается резкое снижение содержания в них дизтоплива: в 25-48 раз в смешанном образце из горизонтов А1+А1А2 и в 6-8 раз в образце из горизонта А2, - относительно 1-ой недели эксперимента (табл. 4.1).

Таблица 4.1. Анализ скорость разложения дизельного топлива в исследуемой дерново-подзолистой почве двух различных горизонтов.

Варианты опыта	Фоновое содержание нефтепроду-ктов, мг/г	Количество внесенных нефтепроду-ктов, мг/г	Остаток нефтепродуктов, мг/г (по неделям.)
			1	2	3	4	9	12
Горизонты А1+А1А2	1	Загрязненная почва	0,01	18,2	8,54	7,02	5,01	3,16	0,76	0,34
	2	Загрязненная почва+ Pseudomonas			7,25	6,15	4,75	2,58	0,57	0,15
Горизонт А2	3	Загрязненная почва	0,01	18,2	11,39	9,49	7,90	6,32	3,02	1,87
	4	Загрязненная почва+ Pseudomonas			10,75	9,14	7,55	5,72	2,59	1,31
ОДК	4мг/г

НСР05 - 0,16

Наилучший результат наблюдается в случае гумусово-аккумулятивных горизонтов, что можно объяснить наличием в них гумусовых веществ, которые служат дополнительным источником энергии (субстрат), для почвенных микробных сообществ и тем самим увеличивают их биологи-ческую активность.

Следует также отметить, что проведенные исследования показали существенные различие в скорости разложения дизельного топлива между вариантами с инокуляцией Pseudomonas и без нее. Варианты, в которых проводилась инокуляция Pseudomonas, показали более существенное снижения остаточного содержания дизтоплива, по сравнению с вариантами без инокуляции (1, 3 варианты), что и доказывает факт ускорения разложения нефтепродуктов в почве при помощи исследуемого биопрепарата: до 2,2 раза.

Проведенные исследования фитотоксичности исследуемой дерново-подзолистой почвы на проростках кресс-салата показали, что в начале эксперимента в обоих горизонтах отмечалось выраженное токсическое действие водных экстрактов из загрязненных дизельным топливом почв на тест-растения (табл. 4.2).

Таблица 4.2. Влияние загрязнения дизельного топлива на фитотоксичность исследуемой дерново-подзолистой почвы двух различных горизонтов на проростки кресс-салата

Варианты опыта	1 неделя	7 недель	12 недель
	Число проросших семян, %	Длина проростков, см	Число проросших семян, %	Длина проростков, см	Число проросших семян, %	Длина проростков, см
Контроль	Вода	100	1,7	100	1,9	100	2,9
Горизонты А1+А1А2	1	Незагрязненная почва	100	2,0	100	2,7	100	3,0
	2	Загрязненная почва	87,5	1,8	95,0	2,0	100	3,0
	3	Незагрязненная почва+ Pseudomonas	95,0	2,0	97,5	2,0	100	2,7
	4	Загрязненная почва + Pseudomonas	87,5	1,9	90,0	2,6	100	3,0
Горизонт А2	5	Незагрязненная почва	97,5	2,0	95,0	2,5	97,5	2,2
	6	Загрязненная почва	87,5	1,4	97,5	1,9	100	2,0
	7	Незагрязненная почва+ Pseudomonas	97,5	2,1	95,0	2,5	100	2,5
	8	Загрязненная почва + Pseudomonas	90,0	1,6	92,5	2,0	97,5	2,4

НСР05 - 0,03

В этом эксперименте мы использовали водную вытяжку из загрязненных почв, поэтому ингибирующее влияние загрязнения выражено слабее, чем в предыдущем эксперименте с посевом семян овса в исследуемых почвах. Доли проросших семян снижались на 10-12,5%, но со временем токсический эффект ослаблялся, за счет разложения дизтоплива микробиотой почвы и биопрепарата (см. табл. 4.1). К 12 неделе наблюдается постепенное увеличение процента проросших семян до 97,5-100% и длины проростков кресс-салата до 3 см.

Таким образом, проведенные исследования фитотоксичности в двух модификации эксперимента (посев на загрязненной почве и с использова-нием водной вытяжки из нее) показали положительное влияние микроорга-низмов-деструкторов биопрепарата Псевдомин на снижение токсичности загрязненных почв на использованных тест-растениях.

Глава 5. Влияние режима увлажнения и внесения биопрепарата «Псевдомин» на биологическую активность исследуемых почв загрязненных дизельным топливом

Для оценки биологической активности исследуемых почв в зависимости от их загрязнения дизельным топливом, внесения биопрепарата и уровня увлажнения, определяли базальное дыхание (БД), субстрат-индуцированное дыхание (СИД) и метаболический коэффициент (QR), как интегральные показатели экологического состояния и устойчивости микробного сообщества почвы. По их количественной оценке судили о влиянии изучаемых факторов на биологическую активность почв.

Проведенные исследования показали определяющую роль уровня увлажнения исследуемых почв в интегральной интенсивности их микро-биологических процессов. При влажности почвы в (0,6-0,5)ПВ наблюдается наиболее интенсивное базального дыхания в исследуемых дерново-подзолистой почве (рис. 5.1. А, Б) и черноземе (рис. 5.1. В, Г), что свидете-льствует о более активном прохождении микробиологических процессов, в частности - с использованием загрязняющего почву дизельного топлива в качестве дополнительного питательного субстрата.



Рис. 5.1. Динамика интенсивности базального дыхания микроорганизмов исследуемых почв.

(А) дерново-подзолистая почва + влажность (0,6-0,5)ПВ. (Б) дерново-подзолистая почва + влажность (0,3-0,2)ПВ. (В) чернозем + влажность (0,6-0,5)ПВ. (Г) чернозем + влажность (0,3-0,2)ПВ.

В вариантах с пониженным уровнем увлажнения ((0,3-0,2)ПВ) интенсивность базального дыхания исследуемых почв гораздо ниже, что говорит об их низкой биологической активности, замедлении метаболизма, а также снижении способности микроорганизмов к разложению внесенного дизтоплива при этом уровне увлажнения.

Важно отметить существенное увеличение интенсивности выделения СО2 в загрязненных вариантах с инокуляцией Pseudomonas: в 5,6-6,3 раз (в случае дерново-подзолистой почвы) и в 1,9-3,5 раз (в случае чернозема) - по сравнению с контрольными и загрязненными вариантами. Это позволяет говорить об успешной интродукции биопрепарата в микробное сообщество и активизации действия почвенной микрофлоры, способны использовать дизтопливо в качестве дополнительного источника энергии.

При сравнительной оценке степени нарушения равновесия в микроб-ном сообществе по Н.Д. Ананьевой (табл. 5.1) исследуемых дерново-подзолистых почв установлена их повышенная чувствительность к загрязне-нию при низком уровне увлажнения: внесение дизтоплива оказывало значи-тельное больше нарушение (в 2,0-4,9 раз), и наибольшая величина QR дости-гала катастрофических значений на 3 неделе эксперимента (рис. 5.2. А).

Таблица 5.1. Оценка воздействия поллютантов на устойчивость микробного сообщества почвы по величине микробного метаболического коэффициента (QR) (Ананьева, 2003)

QR = БД/ СИД	QR = БД/СИД(QR с поллютантом /QR без поллютанта)	Степень нарушения
0,1-0,2	1,0	Отсутствует
0,2-0,3	1-2	Слабая
0,3-0,5	2-5	Средняя
0,5-1,0	5-10	Сильная
> 1,0	> 10	Катастрофическая

При увеличении уровня увлажнения до (0,6-0,5)ПВ микробный метаболический коэффициент значительно ниже, что свидетельствует о меньшей степени нарушения более увлажненной почвы и активизации микробиологических процессов, в том числе - разложение нефтепродуктов.

Такая же тенденция наблюдается в эксперименте с черноземом: при влажности (0,6-0,5)ПВ степень нарушения в загрязненных вариантах гораздо ниже (в 1,4-3,0 раза), чем при влажности (0,3-0,2)ПВ, пик которого оказался катастрофическим на 6 неделе (рис. 5.2. Б). Затем отношение величин QR уменьшалось за счет снижения количества нефтепродукта в почве.



Рис. 5.2. Динамика отношения метаболического коэффициента (QR), в исследуемых дерново-подзолистых почвах (А); черноземах (Б), загрязненных дизельным топливом.

Проведенные исследования по оценке биологической активности почв методом микробиологического посева на питательных средах с мясопеп-тонным агаром (МПА) показали, что при благоприятных условиях увлажне-ния почв ((0,6-0,5)ПВ) численность углеводородокисляющих микроорганиз-мов в вариантах эксперимента с загрязнением дизтопливом и инокуляцией Pseudomonas значительно выше, чем при пониженных уровня увлажнения ((0,3-0,2)ПВ): в 1,5-13 раз в случае с дерново-подзолистой почвой (рис. 5.3.А) и в 1,6-2,5 раз - в случае с черноземом (рис. 5.3.Б).

Это подтверждает сделанный ранее вывод об оптимальном уровне увлажнения для эффективной работы биопрепарата Псевдомин в диапазоне (0,6-0,5)ПВ, при биоремедиации загрязненных нефтепродуктами почв.

Таким образом, анализ биологической активности исследуемых загрязненных почв методом измерения дыхания почв и микробиологического посева, показал значительное влияние уровня увлажнения и внесения биопрепарата Псевдомин на интенсивность микробиологических процессов и приживаемость микроорганизмов в исследуемых почвах. Биологическая активность микроорганизмов исследуемых почв достигается наибольших значений в условиях их благоприятных увлажнения ((0,6-0,5)ПВ).



Рис. 5.3. Динамика численности микроорганизмов исследуемых дерново-подзолистых почв (А); черноземов (Б), учитываемых на МПА.

Выводы

1. Проведенные исследования по изучению влияния трех уровней увлажнения на скорость разложения нефтепродуктов в исследуемых дерново -подзолистых почвах показали существенное влияние фактора влажности, который в 5 раз (в случае дизтоплива) и 3 раза (в случае трансмиссионного масла) ускоряет скорость разложения нефтепродуктов в условиях благоприя-тного увлажнения ((0,6-0,5)ПВ) - по сравнению с условиями недостатка ((0,3-0,2)ПВ) или переизбытка влаги (ПВ), которые существенно замедляют процесс биоремедиации исследуемой почвы.

2. Проведенные исследования фитотоксичности исследуемых дерново-подзолистых почв, загрязненных нефтепродуктами (дизельное топливо и трансмиссионное масло), показали значительное увеличение процента проросших семян (до 100%) и длины проростков овса (до 11 см) при благоприятных условиях увлажнений почвы ((0,6-0,5)ПВ). При пониже-нных уровня увлажнения ((0,3-0,2)ПВ) процент проросших семян увеличился всего до 60%, а длина проростков овса - до 7,7 см.

3. Сравнительная оценка эффективности действия биопрепарата на биоремедиации загрязненных дизельным топливом гумусово-аккумулятив-ных (А1+А1А2) и элювиальных (А2) горизонтов дерново-подзолистых почв показала, значительное более высокую скорость разложении дизельного топлива в гумусово-аккумулятивных горизонтах (до 8,7 раз) - по сравнению с элювиальным горизонтом, что подтверждается результатам сравнительного анализа их фитотоксичность.

4. Проведенные исследования по оценке биологической активности методом измерения базального дыхания показали определяющую роль уровня увлажнения исследуемых почв в интенсивности их микробиоло-гических процессов, которая при благоприятных условиях увлажнений ((0,6-0,5)ПВ) возрастает в 1,5-5,7 раз в случае дерново-подзолистой почвы и в 1,5-4 раза - в случае чернозема.

5. Сравнительный анализ приживаемости интродуцированной популяции Pseudomonas в исследуемых дерново-подзолистых почвах и черноземах значительно улучшается при оптимальном режиме увлажнения ((0,6-0,5)ПВ) - по сравнению с условиями дефицита влаги ((0,3-0,2)ПВ), что должно учитываться при планировании биоремедиационных мероприятий.

Список работ, опубликованных по теме диссертации

1. Алонге О.О., Федулова Е.А. Влияние биопрепарата «Псевдомин» в условиях разных режимов увлажнения на биологическую активность нефтезагрязненных дерново-подзолистых почв // Молодежный научный экологический форум: сборник тезисов. - М.: Изд-во МЦ «Тимирязевский» 2011. - С. 1-2.

2. Васенев И.И., Селицкая О.В., Алонге О.О. Влияние биопрепарата «Псевдомин» в условиях разных режимов увлажнения на биологическую активность нефтезагрязненных черноземных почв // Международная научная конференция молодых ученых и специалистов РГАУ-МСХА имени К.А. Тимирязева: сборник статей, том 1. - М.: Изд-во РГАУ-МСХА, 2012. - С. 101-105.

3. Ляпина О.С., Алонге О.О. Эколого-микробиологические основы биорекультивации нефтезагрязненных почв // Международная научная конференция студентов, аспирантов и молодых учёных «Ломоносов-2012». - М.: Изд-во МГУ, 2012. - С. 172-173.

4. Алонге О.О., Васенев И.И., Селицкая О.В. Влияние биопрепарата «Псевдомин» на биологическую активность и экологическое состояние нефтезагрязненных окультуренных дерново-подзолистых почв в условиях различного увлажнения // Агрохимический вестник, 2013. № 1.- С. 5-9.

Размещено на Allbest.ru