Влияние различных биологических факторов на особенности биодеградации нефтезагрязнения в почвах криолитозоны

НАУКА И ОБРАЗОВАНИЕ, 2012, №3

УДК (502.55:665.6):551.345

Влияние различных биологических факторов на особенности биодеградации нефтезагрязнения в почвах криолитозоны

С.Х. Лифшиц, О.Н. Чалая, Ю.С. Глязнецова, И.Н. Зуева

Результаты камеральных и полевых экспериментов по очистке почв от нефтезагрязнения показали, что для эффективного восстановления почв можно рекомендовать проведение рекультивацион-ных работ с применением микробно-растительных сообществ, т.е. совмещая внесение в загрязненную почву УОМ с высеванием устойчивых к нефтезагрязнению растений.

Ключевые слова: нефтезагрязнение, почвы, биодеградация, биоремедиация, углеводородокисляю-щие микроорганизмы, микробно-растительные сообщества.

The results of laboratory and field experiments on remediation of oil polluted soils showed that for the effective restoration of the soils it is possible to recommend performing works with the application of microorganism-plant complexes i.e. combining introduction into contaminated soil of hydrocarbon degradating bacteria with plant seeding.

Key words: oil pollution, soils, biodegradation, bioremediation, hydrocarbon degradating bacteria, microorganism-plant complexes.

Интенсивное развитие нефтегазового комплекса приводит к увеличению числа аварий, результатом которых становится загрязнение окружающей среды нефтью и нефтепродуктами. Наиболее безопасными способами очистки поч-вогрунтов от нефтезагрязнений в настоящее время являются методы биоремедиации, которые преимущественно осуществляются путем внесения углеводородокисляющих микроорганизмов (УОМ) в нефтезагрязненную почву.

Результаты проведенных камеральных экспериментов [1] показали, что при малых уровнях нефтезагрязнения (до 1 г/кг почвы в условиях криолитозоны) почвы сами обладают высоким адаптивным потенциалом к восстановлению, который реализуется за счет активной деятельности собственной почвенной микрофлоры, а также под влиянием произрастающих на загрязненной почве растений. Было показано, что небольшие добавки нефти в почву (до 0,3 г/кг почвы ) способны даже стимулировать рост растений.

ЛИФШИЦ Сара Хаимовна - к.х.н., в.н.с. ИПНиГ СО РАН, s.h.lifshits@ipng.ysn.ru; ЧАЛАЯ Ольга Николаевна - к.г-м.н., зав. лаб. ИПНиГ СО РАН, o.n.chalaya@ipng.ysn.ru; ГЛЯЗНЕЦОВА Юлия Станиславовна - к.х.н., с.н.с. ИПНиГ СО РАН, geochemlab@ipng.ysn.ru; ЗУЕВА Ираида Николаевна - к.г.-м.н., в.н.с. ИПНиГ СО РАН, i.n.zueva@ipng. ysn.ru.

Целью данной работы явилось изучение состава почвенных битумоидов для исследования особенностей биодеградации нефтезагрязнения под влиянием различных биологических факторов. Почвенные битумоиды выделяли холодной хлороформенной экстракцией, а затем исследовали с использованием методов ИК-спектроско-пии, жидкостно-адсорбционной хроматографии и хромато-масс-спектрометрии. Подробная методика экспериментов приведена в работе [1].

Результаты исследований

На рис. 1 представлены ИК-спектры биту-моидов почвенных образцов, в которые было внесено одинаковое количество нефти (0,16%).

В образце А биодеградация загрязнения шла под действием собственной почвенной микрофлоры, в образцах С и Б - в условиях произрастания растений, образец Е представлял контрольную пробу почвы, не подвергавшейся загрязнению. Для контрольного образца почвы Е характерно поглощение в области 730-720 см-1, обусловленное содержанием в структурном составе битумоида высокомолекулярных алкано-вых углеводородов. Органическому веществу современных осадков присуще сильное поглощение в области 1710-1735 см-1, связанное с содержанием в структуре почвенного битумои-да карбонильных групп карбоновых кислот, ке-тонов и сложных эфиров. В образцах С и Б, где произрастали растения, нефтезагрязнение под-

ВЛИЯНИЕ РАЗЛИЧНЫХ БИОЛОГИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ НА ОСОБЕННОСТИ БИОДЕГРАДАЦИИ

2000 1500 1000

Длина волны, см-1

Рис. 1. ИК-спектры битумоидов почвенных образцов А-Е: А - 0,16% нефти, без растений; С - 0,16% нефти, произрастала полынь чернобыльник; Э - 0,16% нефти, произрастал клоповник безлепестный; Е - исходный образец почвы

верглось значительной деструкции (около 60%). В ИК-спектрах битумоидов этих образцов появились полосы поглощения 730-720 см-1 и довольно сильное поглощение в области 17351710 см-1, характерные для природного фона. Для образца А, где биодеградация нефтезагряз-нения шла под влиянием только собственной почвенной микрофлоры, уровень нефтезагряз-нения снизился лишь на 30%. Характер ИК-спектра этого образца все еще носит выраженный нефтяной характер: это поглощение в областях 1605, 887, 815, 750 см-1, обусловленное присутствием в битумоиде нефтяных ароматических структур, а также слабое поглощение в области 1735 см-1, указывающее на незначительное содержание в составе битумоида ас-фальтово-смолистых компонентов.

На рис. 2 показаны масс-хроматограммы углеводородных фракций почвенных битумоидов этих же образцов. Видно, что только в случаях произрастания растений состав битумоидов изменяется в сторону приближения к естественному геохимическому фону. В распределении индивидуальных углеводородов наряду с признаками нефтезагрязнения появились присущие органическому веществу современных осадков особенности:

- повышенное содержание н-алканов и уменьшение доли 2- и 3-метилалканов;

- присутствие дополнительного максимума в высокомолекулярной области нС29-31, характер-

ного для распределения н-алканов современных осадков;

- повышенные значения отношения нечетных н-алканов к четным (около 2) по сравнению со значением коэффициента, близким к 1 в нефтях;

- значительное уменьшение содержания реликтовых 12- и 13-метилалканов, не характерных для органического вещества современных осадков;

- значение коэффициента отношения суммарного содержания пристана и фитана к сумме эллюирующихся рядом с ними нормальных ал-канов нС17 и нС18 (Ю19+Ю20/нС17+нС18) стало приближаться к таковому в почвах.

Таким образом, в случае произрастания растений биодеградация нефтезагрязнения шла быстрее и более полно, т.е. захватывая более широкий спектр нефтяных углеводородов. Однако при добавках в почву свыше 1,2% нефти растения полностью погибли. В таких случаях для восстановления почв требуются более эффективные методы, например, внесение в нефтезаг-рязненную почву УОМ [2]. На рис. 3 показаны масс-хроматограммы углеводородных фракций почвенных образцов, отобранных в полевых условиях, до (Б, Ь) и после (К, М) восстановительных работ с использованием промышленного препарата «Дестройл». В случае М дополнительно высевался овес. Трансформация нефте-загрязнения достигала 80 и 90% в образцах К и М, соответственно. Как видно, наибольшее при-

ЛИФШИЦ, ЧАЛАЯ, ГЛЯЗНЕЦОВА, ЗУЕВА

Рис. 2. Масс-хроматограммы углеводородных фракций почвенных образцов A-Е: А - 0,16% нефти, без растений; C - 0,16% нефти, произрастала полынь чернобыльник; D - 0,16% нефти, произрастал клоповник безлепестный; Е - исходный образец почвы. С1з-Сз1 - нормальные алканы; Pr - пристан; Ph - фитан; i - изопреноиды; * - 12- и 13-метилалканы

ВЛИЯНИЕ РАЗЛИЧНЫХ БИОЛОГИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ НА ОСОБЕННОСТИ БИОДЕГРАДАЦИИ

Рис. 3. Масс-хроматограммы углеводородных фракций почвенных битумоидов до L) и после (К, M) восстановительных работ с применением УОМ. Образец М - дополнительно высевался овес

ближение к естественному фону в углеводородных фракциях битумоидов также наблюдалось в случае произрастания растений.

Выводы. Рекомендации

Таким образом, результаты камеральных и полевых исследований показали, что для эффективного восстановления почв от нефтезагрязне-ний можно рекомендовать проведение рекуль-тивационных работ с применением микробно-растительных сообществ, т.е. совмещая внесение в загрязненную почву УОМ с высеванием устойчивых к нефтезагрязнению растений.

Литература

1. Лифшиц С.Х., Чалая О.Н., Шашурин М.М. и др. Трансформация нефтезагрязнения и формирование адаптивной реакции растений в модельном эксперименте с мерзлотной почвой Якутии // Химия в интересах устойчивого развития. - 2011. - №19. - С. 169-178.

2. Глязнецова Ю.С., Тимофеев А.А. Геохимический подход при оценке эффективности работ по нейтрализации нефтезагрязнения почв // Современные проблемы геохимии: материалы конференции молодых ученых. - Иркутск: Изд-во Института географии СО РАН, 2011. - С. 148-152.

Поступила в редакцию 18.06.2012