Динамика содержания органического вещества в нефтезагрязненной почве в присутствии гуминового препарата и препарата «Мелафен»

УДК 631.423

Ю. А. Игнатьев, Э. Р. Зайнулгабидинов, А. М. Петров, Р. Э. Хабибуллин

ДИНАМИКА СОДЕРЖАНИЯ ОРГАНИЧЕСКОГО ВЕЩЕСТВА В НЕФТЕЗАГРЯЗНЕННОЙ ПОЧВЕ В ПРИСУТСТВИИ ГУМИНОВОГО ПРЕПАРАТА И ПРЕПАРАТА «МЕЛАФЕН»

Ключевые слова: гуминовый препарат, препарат «Мелафен», нефть, почва, газохроматографический анализ.

Исследовано влияние гуминового препарата и препарата «Мелафен» на скорость деструкции углеводородов нефти в почве. Показано их положительное влияние на скорость деструкции органических соединений на начальных этапах рекультивационных мероприятий

Key words: humic preparation, «Melaphene» preparation, oil, soil, gaschromatografic analysis.

The influence of humic preparation and "Melaphene" preparation on the decomposition rate of oil hydrocarbons in soil was studied. The positive influence of organic compounds on the decomposition rate at the initial stages of recultivation was found.

Широкое применение нефтепродуктов (НП) в жизнедеятельности человеческого общества несет потенциальную угрозу для окружающей среды. Загрязнение почв нефтью и НП приводит к изменению их физико-химических и биологических свойств. Продукты разложения нефтяных углеводородов оказывают токсическое воздействие на педобионтов, накапливаются в продуктах питания и кормах животных. Необходимость решения сложных экологических проблем, направленных на детоксикацию и восстановление свойств почв требует проведения длительных, достаточно дорогих и трудоёмких рекультивационных мероприятий [1-3].

Известен подход, при котором с помощью агротехнических приемов или использования биологически активных препаратов стимулируется аборигенная микрофлора, повышается ее устойчивость и активность [4], что способствует ускорению деструкции поллютантов.

В ряде работ [5,6] показано, что препарат «Мелафен» (М) оказывает чрезвычайно широкое воздействие на биохимические процессы в растениях. Одним из используемых приемов интенсификации биодеструкции нефтяных углеводородов в почве является внесение в нее дополнительного органо-минерального субстрата в виде гуминовых препаратов.

Возможным вариантом интенсификации рекультивационных мероприятий является использование препарата «Мелафен» в сочетании с разными концентрациями гуминового.

Целью настоящей работы явилось изучение влияния разных концентраций гуминового препарата и препарата «Мелафен» на изменение во времени содержания органического вещества в нефтезагрязненной почве.

В качестве объекта исследования использовалась дерново-подзолистая легкосуглинистая почва, в которую внесли нефть Ямашинского месторождения Республики Татарстан в концентрации 1% и 10%. Начальное содержание НП, определенное методом ИК-спектроскопии [7], в исследуемых пробах составляло 2,4 г/кг и 25,4 г/кг, соответственно.

В образцы загрязнённой нефтью почвы добавляли гумат калия (ГП) в концентрации 0,5; 1,0 и 3,0 г/кг и/или препарат «Мелафен» в концентрации 10-6 г/кг. Исследования проводились в 8 вариантах (табл. 1) при начальном содержании НП 2,4 г/кг и 25,4 г/кг. Контролем служила загрязненная нефтью почва без препаратов.

Таблица 1 - Варианты экспериментов

№ Вариант

1 Загрязненная нефтью почва без препаратов

2 Загрязненная нефтью почва + ГП 0,5 г/кг

3 Загрязненная нефтью почва + ГП 1,0 г/кг

4 Загрязненная нефтью почва + ГП 3,0 г/кг

5 Загрязненная нефтью почва + М

6 Загрязненная нефтью почва + ГП 0,5 г/кг + М

7 Загрязненная нефтью почва + ГП 1,0 г/кг + М

8 Загрязненная нефтью почва + ГП 3,0 г/кг + М

Гуминовый препарат вносился однократно в начале эксперимента, препарат «Мелафен» с периодичностью 1 раз в 10 дней в вышеуказанной концентрации. В ходе эксперимента влажность почв поддерживали на уровне 60% от полной влагоемкости, температура воздуха составляла 21-24оС. Периодически осуществляли рыхление почвенных образцов. Углеводородный состав почвы анализировали на 2, 15, 30 и 45 сутки эксперимента.

Нефтепродукты из почвы экстрагировали четырёххлористым углеродом и пропускали через колонку с оксидом алюминия [6,7]. Полученный раствор подвергали анализу на газожидкостном хроматографе «Хроматэк Кристалл-5000» с пламенно-ионизационным детектором на капиллярной колонке длиной 30 м и внутренним диаметром 0,255 мм на неподвижной жидкой фазе РБ-1 [8].

Идентификацию углеводородов нормального строения проводили по реперным соединениям, в качестве которых использовали ундекан, додекан, тридекан, тетрадекан и гексадекан. Расчет хроматограмм осуществляли при помощи программы Хроматэк Аналитик 2,6. В качестве отклика для расчётов использовали площади пиков.

Общее содержание органических соединений (ОС) в элюате определяли по сумме площадей пиков.

В результате проведённых исследований было показано, что при начальном уровне загрязнения почвы НП 2,4 г/кг исходно на хроматограмме отмечаются пики н-алканов и других классов органических соединений, которые не обнаруживаются уже на 15 сутки инкубирования, как в контрольном, так и во всех опытных вариантах [10]. При этом уровень остаточного содержания НП во всех вариантах не превышал региональный норматив ПДК [11], что исключает необходимость проведения дальнейших рекультивационных работ.

В опытных вариантах, исходно содержащих 25,4 г/кг НП, хроматограммы имели характерный для нефтесодержащих почвенных экстрактов вид [8], суммарное содержание органических соединений в них составляло около 260 условных единиц. На 15 сут эксперимента остаточное содержание НП в почвах варьировало в интервале от 61% (вариант 7) до 96% (вариант 2). При этом на хроматограммах экстрактов из всех исследуемых вариантов отсутствовали пики низкокипящих фракций, соответствующих диапазону температур кипения н-алканов С8 и С9 (рис. 1).

Рис. 1 - Хроматограмма экстракта из дерново-подзолистой почвы на 15 сутки эксперимента

Показано, что в вариантах 1-4 увеличение времени инкубации приводит к уменьшению общего содержания органических соединений. На 45 сутки эксперимента суммарное содержание ОС в вариантах 1-4 составило 37 - 44 % от исходного значения (рис. 2).

Изменение содержания ОС во времени в вариантах опыта с препаратом «Мелафен» отличалось от выше рассмотренных результатов. В варианте 5 на 15 сутки суммарное содержание ОС было ниже, чем в других вариантах эксперимента (рис. 2). Однако инкубация почв с «Мелафеном» в течение 30 суток приводила к увеличению суммарной площади пиков. На 45 сутки эксперимента содержание ОС в 5 варианте опыта составляло 45 % от их начального уровня.

При внесении препарата «Мелафен» в нефтезагрязненную почву, содержащую ГП (варианты 6-8), наблюдались изменения скорости деструкционных процессов [12, 13], приводящие к

увеличению суммарного содержания ОС почвы на 45 сутки инкубации относительно 30 суткам эксперимента.

//Р

15 сут

30 сут

45 сут

Рис. 2 - Изменение содержания ОС в зависимости от варианта и времени инкубации

Таким образом, внесение ГП или препарата «Мелафен» в дерново-подзолистую

легкосуглинистую почву, содержащую высокие концентрации нефтепродуктов (25,4 г/кг), на начальных этапах рекультивационных работ способствует повышению эффективности деструкции анализируемых органических соединений на 7-29%. При увеличении времени инкубации до 45 суток, положительный эффект от применения вышеуказанных препаратов

нивелируется.

Литература

3

Справочник. Технологии восстановления почв, загрязнённых нефтью и нефтепродуктами. - М.: РЭФИА, НИА-Природа. 2001. - 185 с.

Почвенно-экологический мониторинг и охрана почв. /Под Ред. Д.С. Орлова и В.Д. Васильевской. М.: МГУ. 1994. 272 с.

Ю.И. Пиковский, А.Н. Геннадиев, С.С. Чернянский, Г.Н. Сахаров. Проблема диагностики и нормирования загрязнения почв нефтью и нефтепродуктами // Почвоведение, 9, 1132-1140. (2003).

4. Пат. РФ № 2158735. Меламиновая соль бис(оксиметил)фосфиновой кислоты(мелафен) в качестве регулятора роста и развития растений и способ ее получения. / С.Г. Фаттахов, Н.Л. Лосева, В.С. Резник, А.И. Коновалов, А.Ю. Алябьев, Л.Х. Гордон, Л.П. Зарипова. (2000).

5. Мелафен: механизм действия и области применение. / Под Ред С.Г. Фаттахова, В.В. Кузнецова, Н.В. Загоскиной. - Казань: «Печать-Сервис 21 век», 2014. -408 с.

6. ПНД Ф. 16.1:2.2.22-98. Методика выполнения измерений массовой доли нефтепродуктов в минеральных, органо-минеральных почвах и донных отложениях методом ИК-спектрометрии. М.: 1998. -11 с.

7. ПНД Ф 16.1.38-02. Методика выполнения измерений массовой доли нефтепродуктов в пробах почвы методом капиллярной газо-жидкостной хроматографии. М.: 2002. - 16 с.

8. Ю.А. Игнатьев, Э.Р. Зайнулгабидинов, А.М. Петров. Изменение углеводородного состава нефтезагрязнённой

250

200

50

00

50

дерново-подзолистой почвы в стандартизированных условиях инкубации. // Вестник Казанского технологического университета, 17, 15, 256-260 (2014).

9. А.А. Семенова, Э.Р. Зайнулгабидинов, М.В. Мадякина, Р.Ч. Юранец-Лужаева, М.В. Шулаев, А.М. Петров. Влияние применения биологически активных препаратов на токсикологические характеристики и деструктивную активность нефтезагрязненной почвы в ходе проведения рекультивационных работ // Вестник технологического университета, 18, 12, 178-182, (2015).

10. Ю.А. Игнатьев, А.М. Петров, О.Ю. Тарасов. Влияние рекультивационных мероприятий первого уровня на содержание нефтяных углеводородов в почве // Журнал экологии и промышленной безопасности, 1-2, 78-80, (2015).

11. Постановление Главного государственного санитарного врача по Республике Татарстан от 14 июля 1998 г. N 18 "О введении в действие предельно-допустимой концентрации (ПДК) нефтепродуктов в почвах Республики Татарстан".

12. А.А. Вершинин, А.М. Петров, И.В. Князев, Т.В. Кузнецова, Р.Ч. Юранец-Лужаева. Влияние гуминового препарата и препарата «Мелафен» на дыхательную активность загрязненной нефтью дерново-подзолистой почвы // Журнал экологии и промышленной безопасности, 1-2, 36-38, (2015).

13. Л.К. Каримуллин, Т.В. Кузнецова, А.М. Петров, Н.В. Шурмина Ответная реакция почвенной микрофлоры на внесение органических препаратов при рекультивации нефтезагрязненных земель // Журнал экологии и промышленной безопасности, 1-2, 39-41, (2015).

© Ю. А. Игнатьев - к.х.н., с.н.с. лаборатории эколого-аналитических измерений и мониторинга окружающей среды Института проблем экологии и недропользования Академии наук Республики Татарстан (АН РТ), chromjura@mail.ru; Э. Р. Зайнулгабидинов - к.б.н., с.н.с. лаборатории экологических биотехнологий Института проблем экологии и недропользования Академии наук Республики Татарстан АН РТ, comp05@mail.ru; А. М. Петров - к.б.н., заведующий лабораторией экологических биотехнологий Института проблем экологии и недропользования Академии наук Республики Татарстан АН РТ, zpam2@rambler.ru; Р. Э. Хабибуллин - к.т.н., доцент кафедры ТММП КНИТУ, с.н.с. лаборатории экологических биотехнологий Института проблем экологии и недропользования Академии наук Республики Татарстан АН РТ, hrustik@yandex.ru.

© Yu. A. Ignatiev - Cand. Sci. (Chem.), senior researcher of theLaboratory of Ecological and Analytical Measurements and Environmental Monitoring Research Institute for Problems of Ecology and Mineral Wealth Use of Tatarstan Academy of Sciences, chromjura@mail.ru; E. R. Zainulgabidinov - Cand. Sci. (Biol.), senior researcher of the Laboratory of Ecological Biotechnologies Research Institute for Problems of Ecology and Mineral Wealth Use of Tatarstan Academy of Sciences, comp05@mail.ru; A. M. Petrov - Cand. Sci. (Biol), Head of the Laboratory of Ecological Biotechnologies Research Institute for Problems of Ecology and Mineral Wealth Use of Tatarstan Academy of Sciences, zpam2@rambler.ru; R. E. Khabibullin - Cand. Sci. (Tech.), Associate professor, Department of Meat and Milk Products Technology, senior researcher of the Laboratory of Ecological Biotechnologies Research Institute for Problems of Ecology and Mineral Wealth Use of Tatarstan Academy of Sciences, hrustik@yandex.ru.