Нефтяные углеводороды подвержены деградации в результате фото- и химического окисления, но основную роль в их разложении играют микроорганизмы. Однако не существует ни одного вида микроорганизмов, способного деградировать все компоненты сырой нефти, и ее полное разложение требует участия консорциума микроорганизмов-деструкторов различных таксономических групп [3]. Помимо микроорганизмов значительную роль в процессе деградации различных поллютантов, в том числе нефтепродуктов (дизельное топливо, минеральное масло) играют растения. На сегодняшний день существуют многочисленные экспериментальные данные, наглядно демонстрирующие, что растения обладают целым рядом защитных механизмов, с помощью которых они противостоят токсичному действию чужеродных веществ. Основные достоинства фито- и биоремедиации состоят в возможности рекультивации больших территорий, относительно низкой стоимости по сравнению с другими технологиями, высокой эффективности и отсутствии негативного воздействия на окружающую среду [4]. Таким образом, в процессе очистки почвы от нефти и нефтепродуктов, по-видимому, следует сочетать свойства микроорганизмов-деструкторов и растений, ассоциированных с ними.
Целью работы являлась оценка влияния нефтепродуктов на фитоценоз.
Материал и методы исследования
Объектами исследований являлись растительный покров в естественных условиях и на опытных, загрязненных нефтепродуктами делянках полигона в Кемеровской области, микроорганизмы-нефтедеструкторы, культурные виды растений, использованные для рекультивации почв. В качестве микроорганизмов-деструкторов применяли биологический препарат марки «БИООЙЛ - ЮГРА», выпущенный в ЗАО «Биоойл», производимый для очистки нефтезагрязненных земель на севере России. Содержание жизнеспособных клеток в составе препарата не менее 1010 КОЕ в 1г. Количество препарата для обработки 1 га нефтезагрязненных земель составляло 5-10 г.
Исследования проводили полевым и лабораторным способом. Полевые исследования включали геоботаническое исследование территории научного полигона, опыты по загрязнению почв дизельным топливом и отработанным минеральным маслом в разных концентрациях (1 %, 5 %, 10 %), биологическую рекультивацию почв с помощью микробиологического препарата. Всего на опытном участке было заложено 14 делянок (включая две контрольные) размером 1,5 м на 2 м, между участками оставлена буферная зона 2 м на 2 м. Внесение нефтепродуктов осуществляли до конечной концентрации в верхнем почвенном слое (10 см) 10 %. Внесение микробиологического препарата производили спустя 2 суток. Всего было проведено 3 обработки биопрепаратом с интервалом в 10 дней. Наблюдение осуществляли в течение 70 дней.
Лабораторные исследования включали опыты по влиянию нефтепродуктов на всхожесть и линейные параметры овса на первых этапах роста и развития. Определение всхожести семян и линейных параметров проведено рулонным методом в соответствии с ГОСТ [2]. Учет результатов опыта проводили на седьмые сутки. Показатель всхожести рассчитывали в процентах числа нормально проросших семян к общему их количеству, взятому для проращивания.
Результаты исследований и их обсуждение
До закладки опыта на территории научного полигона видовой состав растительного покрова включал в себя 54 вида. Видовой учет растительности на опытных и контрольных вариантах в конце вегетативного сезона показал существенную деградацию. Из общего числа ранее выявленных видов обнаружено только 42,5 %. Наиболее распространенными, независимо от концентрации загрязнения нефтепродуктами, являлись: бодяг щетинистый (на всех опытных вариантах), пикульник двунадрезный (на 6 из 12), ярутка полевая (на 5 из 12), звездчатка средняя (на 4 из 12). Эти растения относятся к группе сорняков и, вероятно, поэтому имеют более высокую жизнеспособность, чем другие виды. Всхожесть растений в загрязненной почве без внесения биопрепарата составляла менее 5 % (рис. 1).
Рис. 1. Восстановление растительного покрова после загрязнения нефтепродуктами
Обозначения:
1 - контрольный чистый участок,
2 - участок, загрязненный дизельным топливом, обработанный биопрепаратом,
3 - участок, загрязненный дизельным топливом без обработки биопрепаратом,
4 - участок, загрязненный минеральным маслом без обработки биопрепаратом,
5 - участок, загрязненный минеральным маслом, обработанный биопрепаратом.
Биологическая продуктивность растений на загрязненных участках, обработанных биопрепаратом, во всех вариантах опытов с различными нефтепродуктами и их концентрациями была выше по сравнению с загрязненными участками, необработанными биопрепаратом (табл. 1, 2).
Таблица 1. Биомасса растений в пересчете на сухое веществ (г/м²) на участках, загрязненных отработанным минеральным маслом
Варианты |
Время взятия проб |
||||||||
июль |
август |
сентябрь |
|||||||
В |
К |
О |
В |
К |
О |
В |
К |
О |
|
Общий контроль |
130,3 |
41,7 |
172,0 |
202,7 |
97,6 |
300,3 |
347,7 |
260,8 |
608,5 |
1 % без биопрепарата |
33,2 |
15,2 |
48,4 |
62,0 |
61,0 |
123,0 |
522,4 |
264,0 |
786,4 |
1 % + биопрепарат |
45,9 |
21,9 |
67,3 |
105,6 |
97,5 |
202,8 |
528,0 |
374,4 |
902,4 |
5 % без биопрепарата |
31,2 |
13,8 |
45,0 |
63,6 |
47,2 |
110,8 |
379,2 |
39,2 |
418,4 |
5 % + биопрепарат |
56,5 |
26,3 |
70,8 |
146,0 |
48,0 |
194,0 |
424,0 |
347,2 |
701,2 |
10% без биопрепарата |
10,4 |
2,8 |
13,2 |
54,6 |
41,3 |
95,9 |
162,0 |
100,8 |
262,8 |
10 % + биопрепарат |
47,6 |
19,4 |
66,7 |
66,7 |
48,0 |
114,7 |
544,8 |
30,0 |
574,8 |
Обозначения:
В - биомасса вегетативных надземных органов;
К - биомасса корней;
О - общая биомасса растений.
Таблица 2. Биомасса растений в пересчете на сухое веществ (г/м²) на участках, загрязненных дизельным топливом
Варианты |
Время взятия проб |
||||||||
июль |
август |
сентябрь |
|||||||
В |
К |
О |
В |
К |
О |
В |
К |
О |
|
Общий контроль |
130,3 |
41,7 |
172,0 |
202,7 |
97,6 |
300,3 |
347,7 |
260,8 |
608,5 |
1 % без биопрепарата |
22,5 |
7,7 |
30,2 |
86,6 |
18,6 |
115,2 |
108,8 |
22,4 |
123,2 |
1 % + биопрепарат |
27,4 |
9,5 |
36,9 |
98,3 |
27,1 |
126,4 |
440,0 |
63,2 |
503,2 |
5 % без биопрепарата |
12,0 |
4,0 |
16,0 |
87,4 |
13,5 |
100,9 |
172,8 |
34,0 |
206,8 |
5 % + биопрепарат |
34,2 |
7,6 |
41,8 |
100,0 |
16,0 |
116,0 |
168,0 |
66,0 |
234,0 |
10% без биопрепарата |
8,7 |
2,4 |
11,1 |
48,0 |
6,0 |
54,0 |
70,4 |
14,4 |
84,8 |
10 % + биопрепарат |
15,6 |
5,0 |
20,6 |
57,6 |
6,6 |
124,2 |
90,4 |
34,8 |
125,2 |
Обозначения:
В - биомасса вегетативных надземных органов;
К - биомасса корней;
О - общая биомасса растений.
В ходе проведения модельного лабораторного эксперимента выявлено, что на 7 сутки всхожесть овса появилась в контрольном варианте, в первых двух (1 %, 5 %) вариантах загрязнения почвы отработкой минерального масла и в варианте загрязнения почвы дизельным топливом в концентрации 1 %. В условиях контроля всхожесть составляла 80 % от числа высеянных семян. В опытном варианте с загрязнением 1 % отработкой минерального масла составляла 54 % от числа посеянных семян, с загрязнением 5 % отработки минерального масла составляла 34 % от числа посеянных семян. При загрязнении дизельным топливом всходы появились только на варианте с 1 %-ной концентрацией загрязнения (24 %), это на 56 % ниже контроля. Лабораторная всхожесть овса в вариантах, обработанных биопрепаратом, выше на 15 %, чем в вариантах без обработки.
Длина корней в контрольном варианте в среднем составила 46 см. В двух первых опытных вариантах отмечено превышение показателей на 11-17 % по сравнению с контролем, а в случае загрязнения дизельным топливом выявлено снижение признака (на 12 % по отношению к контролю). Коэффициент вариации признака составляет 6,14 %, что подтверждает его слабую изменчивость.
По длине ростков выявлено достоверное различие лишь в варианте с 1 % загрязнением отработанным минеральным маслом. Депрессия признака составляла 12 % по отношению к контролю. В двух других случаях отмечены показатели на уровне контроля. Выяснено, что загрязнение дизельным топливом в большей степени снижает всхожесть овса.
В ходе проведения второго модельного лабораторного опыта по загрязнению почв отработкой минерального масла и дизельным топливом в концентрациях: 1 %, 5 %, 10 % и внесению нефтедеструкторов «Биоойл-ЮГРА» всхожесть овса наблюдалась во всех опытных вариантах. В условиях контроля она составляла 86 % от числа высеянных семян. В опытном варианте с загрязнением 1 % отработкой минерального масла составляла 70 % от числа посеянных семян, с загрязнением в концентрации 5 % отработкой минерального масла составляла 42 % от числа посеянных семян, с загрязнением 10 %-ой концентрацией отработанного минерального масла она составляла 22 % от числа посеянных семян. При загрязнении 1 %-ной концентрацией дизельным топливом составляла 52 % от числа посеянных семян; 5 %-ной концентрацией - 40%; 10 %-ной концентрацией дизельного топлива составляла 10 % от числа посеянных семян.
При сравнении первого и второго опытов следует отметить то, что длина корней и длина ростков выше в первом опыте, но также следует подчеркнуть то, что масса растений овса выше во втором случае.
Заключение
Выявлен высокий уровень деградации растительного покрова под влиянием загрязнения почвы нефтепродуктами - 57,5 %. В лабораторных условиях загрязнения почв отработанным минеральным маслом всхожесть семян овса с повышением концентрации загрязнителя падает на 20 %, а в сравнении с общим контролем (без загрязнения) на 46 %. При загрязнении дизельным топливом всходы появились только в опытном варианте с 1 %-ной концентрацией загрязнения (всхожесть 24 %), это на 56 % ниже контроля. Лабораторная всхожесть овса в вариантах, обработанных биопрепаратом, выше на 15 %, чем в вариантах без обработки.
Работа проводилась при финансовой поддержке ЗАО «Биоойл», (г. Новосибирск) и Министерства образования и науки Российской Федерации (ГК 16.740.11.0681, ГК 16.512.11.2160).
Рецензенты:
- Беднаржевский Сергей Станиславович, д.т.н., профессор, заведующий кафедрой «Безопасность жизнедеятельности» Сургутского государственного университета, г. Сургут.
- Загребельный Станислав Николаевич, д.б.н., профессор кафедры химии окружающей среды Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Новосибирский национальный исследовательский государственный университет», г. Новосибирск.