РОЛЬ МИКРООРГАНИЗМОВ В ПРОЦЕССЕ РЕКУЛЬТИВАЦИИ НЕФТЕЗАГРЯЗНЕННЫХ ЗЕМЕЛЬ

Отрицательное воздействие нефти и нефтепродуктов на окружающую среду общеизвестно и при нарушении природоохранного законодательства приводит к изменению состава почв, загрязнению поверхностных и подземных вод, атмосферы. Загрязнение природной среды нефтью и сопутствующими загрязнителями – острейшая экологическая проблема во многих регионах России, в том числе и в Республике Башкортостан [3, с. 137].

Нефть – это природное ископаемое, состоящее из углеводородов с различной молекулярной массой. В качестве эколого-геохимических характеристик основного состава нефти приняты содержание легкой фракции, метановых углеводородов, циклоалканов (нафтены), смол, асфальтенов и сернистых соединений. Загрязнение нефтью влияет на весь комплекс морфологических, физических, физико-химических, биологических свойств почвы, определяющих ее плодородные и экологические функции. Для загрязненных почв характерен более темный цвет по сравнению с незагрязненными нефтью почвaми, большая плотность, наличие маслянистых рaдужных пленок на поверхности почв.

Технология рекультивации почвы включает технический и биологический этапы, обеспечивающие возможность полного восстановления плодородия нарушенных земель. К биологическому этапу приступают после технической рекультивации, он включает в себя комплекс агротехнических и фитомелиоративных мероприятий. Важным условием эффективного снижения уровня углеводородного загрязнения является наличие углеводородокисляющих микроорганизмов.   

Темпы микробной деградации нефтяных углеводородов зависят от множества факторов, и для увеличения эффективности этого процесса требуется оптимизация условий для роста и развития  микроорганизмов. Основными природными факторами, влияющими на активность углеводородокисляющих микроорганизмов (УОМ), являются температура, условия влажности и аэрации почвы, обеспеченность элементами минерального питания, интенсивность солнечного света [1, с.125]. Оптимальными для развития УОМ считаются следующие условия: температурный интервал в 20-30⁰С. Наилучшими условиями влажности являются 60% от полной влагоемкости. Поскольку все микроорганизмы-нефтедеструкторы являются аэробными, доступность кислорода является обязательным фактором, ускоряющим скорость биодеградации [2, с.256].

Целью исследования является оценка значимости факторов, влияющих на деградацию нефти. Для оценки значимости этих факторов проводилось исследование с  образцами почвы (чернозем выщелоченный), в которые вносили нефть в концентрации 100 г/кг почвы. Образцы почвы подвергались индивидуальному воздействию различных факторов, влияющих на скорость и качество рекультивации. Для оценки роли температурного фактора модельные пробы почвы выдерживались при температуре +20°С (проба 1);  +4°С (проба 2). Изучено влияние агрохимических факторов: аэрации и влажности путем рыхления (проба 3) и полива (проба 4). В пробу 5 был внесен биопрепарат «Деворойл» в концентрации 0,78г на 100г почвы. Определение роли микроорганизмов в деградации нефти в модельных образцах почвы определяли по ферментативой активности, в частности по содержания каталазы, методом Джонсона и Темпле. Каталаза ускоряет реакцию разложения перекиси водорода на воду и молекулярный кислород:

Перекись водорода образуется в результате биохимических реакций окисления органических веществ. Каталаза широко представлена в клетках живых организмов, в том числе и микроорганизмов.

Результаты исследования: известно, что наиболее успешно биодеструкция происходит при температуре выше 10°С. Если посмотреть на рисунок 1, в образце почвы 2 выдержанном при 4°С в течение 40 суток, процесс разложения нефти протекает значительно медленнее, чем при 20°С. При этом из рисунка 2 можно увидеть, что  и активность микроорганизмов во второй пробе  ниже по сравнению с первой.

Для активизации роста и физиологической активности микроорганизмов-деструкторов в почвах следует проводить принудительное аэрирование путем рыхления. Рыхление так же способствует снижению концентрации углеводородов в результате испарения легких фракций, которые составляют 50-70% нефти [2, с.254]. По результатам исследования, концентрация нефти в пробе снизилась на 60%, при этом ферментативная активность ниже чем в других  пробах (рисунок 2). Таким образом, можно говорить о том, что деструкция в этом образце происходила за счет  выветривания нефтепродуктов, испарения и частичного разрушения легких фракций [4, с. 62].

Для интенсивного роста и развития растений и микрофлоры необходима оптимальная влажность, которая для разных типов почв составляет 15-35% от массы почвы. Вода необходима для всех процессов обмена веществ микроорганизмов.  При ежедневном орошении деградация нефти происходит за счет аборигенных нефтеокисляющих микроорганизмов, так как проба имеет наибольшую ферментативную активность на протяжении всего исследования. Концентрация нефтепродуктов в почве снизилась на 58%. 

Активацию аборигенных почвенных микроорганизмов, способных к деструкции углеводородов, можно производить внесением в почву различных технологических биопрепаратов на основе адаптированных к высокому содержанию нефти культур микроорганизмов, в частности препарата «Деворойл». Деградирующее действие этого  препарата было изучено в жестких условиях (без рыхления, полива почвы и внесения биогенных элементов), затрудняющих жизнедеятельность микроорганизмов. Установлено, что деградация нефтепродуктов в почве в присутствии препарата «Деворойл» при неблагоприятных условиях для микроорганизмов протекала значительно быстрее, чем без него. Концентрация нефтепродуктов снизилась приблизительно на 50%.

Рисунок 1. Сравнительная оценка эффективности исследуемых факторов

Рисунок 2. Изменение ферментативной активности загрязненной почвы

Выводы:

Таким образом, исследование вклада в процесс деструкции основных факторов, влияющих на разложение нефти в почве (рыхление, полив, температурный режим, внесение биопрепарата), позволяет выделить в виде наиболее значимых рыхление и полив. При этом комплексное воздействие всех положительных изученных факторов позволяет снизить содержание нефтепродуктов в почве за тот же промежуток времени на 75% [5, с. 160]. Для нефтей с большим содержанием тяжелых углеводородов основным фактором деградации является поддержка активности  углеводородокисляющих микроорганизмов, в том числе внесение биопрепаратов; для нефтей с большим содержанием легких фракций – рыхление.

Список литературы:

1. Биккинина А.Г. Разработка технологии рекультивации нефтезагрязнённых объектов с использованием комплекса микробиологических препаратов. : дис. … канд. биол. наук. — Уфа., 2007. — 125 с.
2. Водянова М.А., Хабарова Е.И., Донерьян Л.Г. Анализ существующих препаратов, используемых для биодеградации нефти в почве // Горный информационно-аналитический бюллетень. М.:2010. С. 253 - 258.
3. Дегтярева И.А., Хилиятуллина А.Я. Оценка влияния природных ассоциаций углеводородокисляющих микроорганизмов на состояние нефтезагрязненной почвы // Ученые записки Казанского ун-та. – Казань, 2011. – Том 153, кн. 3. – С. 137-143.
4. Лобачева Г.К, Карпов А.В., Макаров О.А., Филиппова А.И.  Рекультивация земель, загрязненных продуктами нефтепереработки// Вестник ВолГУ. Серия 11. 2012. №1, с. 58-64.
5. Марченко М.Ю., Барков А.В., Шуктуева М.И., Винокуров В.А,. Краснопольская Л.М. Базидиомицеты как перспективный компонент биопрепаратов для ремедиации нефтезагрязненных почв// Башкирский химический журнал, Том 18, №4. 2011. С. 159-163.