Влияние качества компостов на скорость деградации нефтепродуктов в почве

Вестник ДВО РАН. 2008. № 1

ТЕН ХАК МУН, О.А.КИРИЕНКО, Е.Л.ИМРАНОВА

Влияние качества компостов на скорость деградации нефтепродуктов в почве

Показано, что скорость деградации нефтепродуктов в почве в значительной мере определяется качеством вносимых органических удобрений, в особенности степенью созревания компостов.

Effect of compost quality on degradation of petroleum products In soil. Kh.TEN, O.A.KIRIENKO, E.L.IMRANOVA (Institute of Water and Ecological Problems FEB RAS, Khabarovsk).

It is known that petroleum products are degraded by soil hydrocarbon-oxidizing microorganisms. Growth of these microorganisms is induced by petroleum pollution from rhizosphere bacteria and common soil microorganisms.

Velocity of petroleum degradation depends on quality of compost, especially on its ripening degree. Treatment of compost with liquid culture of photosynthetic bacteria, or sewage treatment by the above mentioned microbes results in improvement of the compost quality and acceleration of degradation of petroleum products in soil.

Известно, что на деградацию нефтепродуктов в почве оказывает существенное влияние качество внесенного компоста, в особенности в сочетании с жидкой культурой фотосинтезирующих бактерий [5].

Цель данной работы - изучить характер влияния компостов на скорость деградации нефтепродуктов.

Для исследования применяли компосты, изготовленные в лабораторных условиях из различных видов органических отходов путем их ферментации посредством компостной закваски [7], значительно ускоряющей процесс компостирования [4]. Влияние фотосинтезирующих бактерий (ФСБ) на качество компостов выявляли путем добавления в компост 50 мл жидкой культуры, выращенной на сточной воде от пивоварения и содержащей 109 - 1010 кл./мл. Основные параметры, такие как общее количество углерода и азота, содержание гуминовых (ГК) и фульвокислот (ФК), катионно-обменная емкость (КОЕ), характеризующие качества компостов, определяли по методике В.В.Пономаревой и Т.А.Плотниковой [3].

К каждому виду компоста массой 1,5 кг добавляли отработанное моторное масло (ММ) в объеме 1-20% от сырой массы. После тщательного перемешивания эксикатор со смесью помещали при комнатной температуре (20-25°С) сроком на 9 мес. Влажность смеси поддерживали на уровне 60-70% от сухой массы. Определение остаточного количества моторного масла проводили по методу, суть которого заключается в экстрагировании нефтепродукта четыреххлористым углеродом и пропускании через колонку с алюминиевым адсорбентом с последующим выпариванием растворителя в бюксе в токе воздуха при комнатной температуре до постоянной массы остатка и его взвешиванием. О степени токсичности компоста, загрязненного нефтепродуктом, судили по росту на нем и

ТЕН ХАК МУН - доктор биологических наук, КИРИЕНКО Ольга Александровна - кандидат биологических наук, ИМРАНОВА Елена Львовна - кандидат биологических наук (Институт водных и экологических проблем ДВО РАН, Хабаровск).

Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ (грант № 04-04-97004).

биомассе проростков кресс-салата. Коэффициент продуктивности корней определяли по соотношению длины корешков к длине побегов.

Качество компостов выражается в различных количественных соотношениях гумино-вых и фульвокислот (табл. 1). В соответствии с преобладанием гуминовых кислот возрастает значение катионно-обменной емкости компоста. Представляет интерес снижение содержания моторного масла, добавленного в компост в количестве 5%, в зависимости от качества компоста: содержание ММ в компосте через 6 мес находилось в прямой корреляции с соотношением ГК/ФК и со значениями катионно-обменной емкости. Так, если содержание ММ в компостах из избыточного ила (ОСВ) с добавлением отходов пивоварения (пивной дробины), характеризующихся наиболее низкой катионно-обменной емкостью, через 9 мес составляло 65-70% от первоначального количества, то в компостах с более высокой катионно-обменной емкостью деградации подвергалось более 50% нефтепродукта.

Таблица 1

Влияние качества компоста на деградацию нефтепродуктов

Вид компоста С/Ы Содержание, % ГК/ФК КОЕ, мэ/100 г Содержание ММ, % от

ГК ФК исходного

Избыточный ил (ОСВ) 11,0 - - - 22,0 70,5

ОСВ + ПД 10,0 8,89 8,99 0,99 35,6 65,1

Торф + ПД 10,3 9,69 5,11 1,89 45,9 56,7

Навозный компост 11,8 14,85 7,75 1,92 54,2 50,2

Биогумус 8,9 46,3 20,9 2,21 60,0 47,8

Древесный компост 10,1 20,4 7,0 2,91 65,1 46,9

Примечание. Здесь и в табл. 2, 3: ГК - гуминовые кислоты, ФК - фульвокислоты, ОСВ - осадок сточных вод городской канализации, ПД - пивная дробина, КОЕ - катионно-обменная емкость, ММ - моторное масло. Прочерк - не определено.

По мере возрастания содержания гуминовых кислот и, соответственно, соотношения ГК/ФК в компостах увеличивается скорость деградации нефтепродуктов. При поливе ком-постов сточной водой, обработанной фотосинтезирующими бактериями, происходит ускорение созревания компоста с преимущественным образованием гумусовых кислот, что приводит к повышению соотношения ГК/ФК и катионно-обменной емкости (табл. 2). Известно, что в почвах с глубокой преобразованностью органических остатков преобладают гуминовые кислоты - это связано с активной деятельностью актиномицетного и бациллярного населения, ответственного за деградацию трудноразлагаемых высокомолекулярных органических соединений [1, 2]. Ранее нами также было показано увеличение роста вышеупомянутых групп микроорганизмов при обработке почвы жидкой культурой ФСБ [5].

Таблица 2

Влияние жидкой культуры фотосинтезирующих бактерий на качество компоста

Вид компоста Содержание, % ГК/ФК КОЕ, м.э/100 г

ГК ФК

Торф + ПД 9,69 5,11 1,89 45,9

То же + ФСБ 9,89 5,15 1,92 50,4

ОСВ + ПД 8,89 8,99 0,99 35,6

То же + ФСБ - - - 42,7

Древесный компост

То же + ФСБ 20,4 7,0 2,91 65,1

25,2 8,1 3,10 71,2

Биогумус 46,3 20,9 2,21 60,0

То же + ФСБ 46,3 19,8 2,33 75,3

Кроме того, дополнительные эксперименты, проведенные с целью выяснения влияния компостов на разложение ММ, подтверждают эффективность жидкой культуры фотосин-тезирующих бактерий в деградации нефтепродуктов (табл. 3). При этом снижается токсическое действие моторного масла на рост культурных растений, о чем свидетельствует биологический контроль, проведенный посредством выращивания кресс-салата на загрязненном нефтепродуктами компосте: количество проросших семян в варианте с высокой степенью загрязнения (20% ММ ) возрастает на 15%, а коэффициент продуктивности кор -ней увеличивается с 0,75 до 0,83.

Таблица 3

Влияние торфодробинного компоста на деградацию отработанного масла

Вариант опыта Содержание остаточного масла, мг/ кг компоста

Через 6 мес Через 9 мес

Компост + 1% масла 11475± 498 235 ± 26

То же + ФСБ 1200± 185 135 ± 25

Компост + 5% масла 36900 ± 1098 567 ± 45

То же + ФСБ 28400±921 344 ± 67

Компост + 10% масла 40650± 1510 601±102

То же + ФСБ 29150±956 490 ± 75

Компост + 20% масла 93150±2452 711± 121

То же + ФСБ 74650 ± 1967 501 ± 98

Повышение активности деградации моторного масла при обработке компоста сточной водой, содержащей ФСБ, объясняется как прямым нефтеокисляющим их действием, так и улучшением качества компоста под влиянием жидкой культуры этих бактерий.

Известно, что жидкая культура ФСБ стимулирует рост бациллярных бактерий и ак-тиномицетов, способствуя тем самым созреванию компоста и повышению его качества с увеличением катионно-обменной емкости [6, 9]. Численность актиномицетов в компосте при обработке его жидкой культурой ФСБ значительно возрастает.

Таким образом, скорость деградации нефтепродуктов в почве в значительной мере определяется качеством вносимых органических удобрений, в особенности степенью созревания компостов. Существенное влияние на качество последних и эффективность деградации нефтепродуктов оказывает обработка компостов сточными водами с высоким содержанием органических веществ растительного и животного происхождения в сочетании с жидкой культурой фотосинтезирующих бактерий.

ЛИТЕРАТУРА

1. Мишустин Е.Н. Географический фактор, почвенные типы и их микробное население // Микрофлора почв северной и средней части СССР. М.: Наука, 1966. С. 3-24.

2. Мишустин Е.Н. О роли спороносных бактерий в почвенных процессах // Микробиология. 1948. Вып. 3. С. 201-207.

3. Пономарева В.В., Плотникова Т. А. Гумус и почвообразование. Л.: Наука, 1980. 222 с.

4. Тен Хак Мун, Чень Вань Фен, Имранова Е.Л., Кириенко О. А., Ганин Г.Н. Влияние компостной закваски на ускорение компостирования органических веществ // Агрохимия. 2004. № 2. С. 63-66.

5. Тен Хак Мун, Кириенко О.А., Имранова Е.Л. Влияние фотосинтезирующих бактерий и компоста на деградацию нефтепродуктов в почве // Прикладная биохимия и микробиология. 2004. Т. 40, № 2. С. 214-219.

6. Тен Хак Мун. Микробиологический метод агротехники. Хабаровск: Стат. управление, 2004. 96 с.

7. Тен Хак Мун, Ганин Г.Н., Имранова Е.Л., Кириенко О. А. Способ приготовления компостной закваски. Пат. № 2213080 РФ. Б.И. ФИПС РФ. 2003. № 27.

8. Эрнестова Л.С. Усовершенствование методики суммарного определения нефтепродуктов в почве // Гигиена и санитария. 1981. № 11. С. 45-46.

9. Kobayashi M., Kobayashi M. Waste remediation and treatment using anoxygenic phototrophic bacteria // Anoxy-genic Phototrophic Bacteria. Netherland: Kluer Acad. Publ., 1995. P. 1269-1282.