Перспективы использования вермикультуры для восстановления нефтезагрязненных почв

ЭКОЛОГИЯ

УДК 504.55.054:622

ПЕРСПЕКТИВЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ВЕРМИКУЛЬТУРЫ ДЛЯ ВОССТАНОВЛЕНИЯ НЕФТЕЗАГРЯЗНЕННЫХ ПОЧВ

© 2004 г. В.В. Винник, С.Н. Овчаров, М.С. Дементьев

Ликвидация нефтяного загрязнения почв - одна из самых серьезных современных проблем в области защиты окружающей среды. Перспективными в борьбе с загрязнением почвы сырой нефтью или нефтепродуктами могут стать комплексные биологические методы восстановления нарушенных почвенных экосистем. Известно [1], что почвы способны к самоочищению в результате жизнедеятельности аборигенных микроорганизмов-деструкторов, устойчивых к нефтяному загрязнению. Бактерии, окисляющие углеводороды, в природе встречаются повсюду и играют важную роль в круговороте углерода на Земле. Разложение углеводородов может протекать до углекислоты и воды, они могут превращаться в протоплазму микробной клетки или окисляться до простых соединений, родственных углеводородам. Аэрация обычно повышает скорость окисления нефтяных углеводородов культурами бактерий, а при правильно подобранных условиях возможно практически полное их удаление из субстрата.

Процесс самоочищения почвы может протекать в течение десятков лет. Для активизации деятельности почвенных микроорганизмов, способных разлагать углеводороды нефти, а также для стимуляции естественных биохимических процессов в почвенных экосистемах, приводящих к заметному снижению содержания в них загрязняющих веществ, необходимо создать благоприятные условия. Такие условия могут быть обеспечены присутствием дождевых червей, которые способны питаться любой пищей, содержащей органические вещества. Переваривая мертвую растительную органику, они преобразуют ее в маленькие почвенные комочки - копролиты, разрыхляют почву, создают наилучшую для растений зернистую структуру, возвращают в почву элементы питания растений. В присутствии дождевых червей происходит более полное разложение органики. Это обусловлено тем, что кроме непосредственного механического разрушения подстилки, дождевые черви активизируют ферменты азотного метаболизма почвенной микрофлоры [2, 3].

Наблюдения показали, что дождевые черви вида ЬишЪпа^ гиЪе11ш Ь. (навозные черви) способны выживать и даже размножаться в почве с концентрацией сырой нефти до 3 г/кг. При дальнейшем повышении содержания в почве нефти погибает более 50 % особей. Наиболее массовая гибель червей в загряз-

ненной почве происходит в течение первых 5 дней [4]. Дождевые черви довольно чувствительны к изменению температуры окружающей среды. В зависимости от температуры изменяются интенсивность обменных процессов, функционирование выделительной системы, экскреция слизи и терморегуляция, которая осуществляется путем испарения влаги с поверхности тела. Оптимальные условия для жизнедеятельности и размножения навозных червей складываются при температуре от 15 до 25 оС [5].

В рамках настоящей работы был поставлен предварительный эксперимент с целью определения оптимальной влажности почвы, загрязненной сырой нефтью, для жизнедеятельности дождевых червей. Опыт проводился в трехкратной повторности. Дождевые черви были помещены в контейнеры емкостью 1,5 л, в которые была добавлена почва, загрязненная сырой ставропольской нефтью, и 15 % по массе листового опада. Обработанные данные представлены в табл. 1.

В результате удалось установить, что при влажности 20 % черви ЬишЪпа^ гиЬеПиБ Ь. погибают в течение недели, влажность почвы ниже 30 % тормозит их развитие. При выращивании дождевых червей в лабораторных условиях максимальная их масса и производство коконов достигаются при влажности субстрата 60-80 %.

Цель настоящей работы - изучить в лабораторных условиях возможность снижения содержания нефти в почве за счет интенсификации естественных биохимических процессов в результате жизнедеятельности местных форм дождевых червей ЬишЪпа^ гиЪеИш Ь. при внесении листового опада в качестве корма. При подготовке эксперимента были учтены данные по выживаемости дождевых червей в нефтезагрязненных почвах при оптимальных влажности субстрата и температуре содержания. Эксперимент выполнялся в трехкратной повторности при следующих условиях: температура +22 оС, влажность субстрата 75 %, исходное загрязнение почвы сырой ставропольской нефтью 2,15 г/кг. Опыты проводились в контейнерах, вмещающих 5 л загрязненной нефтью почвы, в трех вариантах: 1) без каких-либо добавок; 2) с добавкой 15 % по массе листового опада; 3) с добавкой 15 % по массе листового опада и посадкой 5 дождевых червей на 1 кг почвы. Результаты наблюдений представлены в табл. 2.

Таблица 1

Влияние влажности почвы на жизнедеятельность дождевых червей

Влажность субстрата, % Количество червей, шт. Масса червей, г Количество коконов, шт.

исходное конечное исходная конечная

20 10 0 5,4 0 0

30 10 6 5,5 2,9 0

40 10 10 5,6 5,4 1

50 10 10 5,3 5,3 3

60 10 10 5,7 6,2 6

70 10 10 5,7 6,4 7

80 10 10 5,8 6,2 6

90 10 6 5,5 3,7 1

Таблица 2

Изменение содержания нефти в почве

День эксперимента Содержание нефти в почве, г/кг

вариант 1 вариант 2 вариант 3

1 2,15 2,15 2,15

6 1,45 1,05 0,95

10 1,35 0,95 0,86

14 1,32 0,98 0,9

25 0,97 0,87 0,8

33 0,97 0,7 0,63

39 0,97 0,67 0,6

60 0,9 0,64 0,54

67 0,88 0,6 0,44

Анализ полученных данных подтверждает имеющиеся в литературе сведения о естественном снижении содержания нефти в почве, связанном с испарением легколетучих фракций и деятельностью аборигенной почвенной микрофлоры. В целом это снижение составило около 60 % за время эксперимента. Внесение листового опада способствовало снижению содержания нефти на 72 %. Вероятно, это происходило благодаря адсорбции нефтяных углеводородов листовым опадом и уменьшению концентрации нефти в почве в период наиболее острого токсичного действия, улучшению почвенной структуры и созданию более благоприятных условий для жизнедеятельности почвенной микрофлоры. Возможно, с листовым опа-дом в нефтезагрязненную почву были дополнительно внесены микроорганизмы, способные окислять углеводороды нефти. Внесение в загрязненную почву листового опада и популяции дождевых червей привело к наиболее значительному снижению содержания нефти в почве, составившему около 80 %. Помимо воздействия факторов, связанных с внесением в почву листового опада, сказалась деятельность дождевых червей. Поглощая вместе с почвой растительный детрит, они переваривают его, выделяя с копролитами

большое количество собственной кишечной микрофлоры, ферментов, биологически активных веществ.

Было проведено биотестирование всех образцов почвы путем выращивания быстрорастущих растений (кресс-салат, щавель). Масса растений, выращенных на свежезагрязненной почве, снизилась на 60 % по сравнению с контрольным образцом незагрязненной почвы. Образец загрязненной нефтью почвы после выдерживания показал потерю массы на 5,4 %, загрязненная почва с листовым опадом - прирост массы на 9,5 %, а загрязненная почва с листовым опадом, обработанная червями, дала прирост 26,5 %.

Выводы

1. Определены оптимальные условия выживания дождевых червей в загрязненной сырой нефтью почве: температура 15-25 °С, влажность 60-80 %. Содержание нефти в почве при этом не должно превышать 3 г/кг.

2. Использование вермикультуры не только существенно интенсифицирует процесс биохимической очистки почвы от нефтяного загрязнения, но и повышает ее плодородие.

Литература

1. Бирштехер Э. Нефтяная микробиология. Л., 1957.

2. Лозановская И.Н., Орлов Д.С., Садовникова Л.К. Экология и охрана биосферы при химическом загрязнении. М., 1998.

3. Безкоровайная И.Н. Экспериментальное изучение роли

дождевых червей в минерализации подстилки // Экология. 1994. № 5-6. С. 67-73.

4. Винник В.В., Дементьев М.С., Овчаров С.Н. Выживание

дождевых червей в почвах, загрязненных сырой нефтью // Объединенный науч. журн. 2003. № 27. С. 72-74.

5. Кудряшева И.В., Мешкова Н.М. Изменение массы тела дождевых червей под действием температурного режима // Экология. 1992. № 2. С. 85-88.

Северо-Кавказский государственный технический университет 22 марта 2004 г.