Введение

Нефть, как и все загрязнители, негативно влияет на почвенную среду. Во-первых, нефть – высокомолекулярное соединение, в состав которого входят смолисто-асфальтеновые вещества, которые очень долго не поддаются разложению [1]. Во-вторых, при разливе нефти, из-за присутствия в ней фракций разной температуры кипения, она может достигнуть грунтовых вод, тогда происходит двойное загрязнение и почвенного профиля, и подземных вод. В-третьих, нефть как токсичное вещество уничтожает все живое при попадании в верхние слои литосферы, что препятствует самовозобновительным процессам, то есть снижает самоочищающуюся способность почвы [1–3]. В-четвертых, при разливе нефти почва затапливается, при этом нарушаются обменные процессы, газообмен, тепловой обмен, нарушается структура почвы и т.д. Поэтому с самого начала добычи, эксплуатации, реализации данного ресурса применяют разные методы рекультивации загрязняющих нефтью земель [3]. Одним из методов рекультивации загрязненных земель является биоремедиация. Биоремедиация – лечение жизнью (bios – жизнь, remediatio – лечение) [3].

Биодеструкторы или, можно сказать, редуценты – сообщества микроорганизмов, которые разрушают мертвое органическое вещество. Такие микроорганизмы и грибы чаще присутствуют в почвенной среде естественным путем. Но в настоящее время их культивируют искусственно. Выведенные таким путем микроорганизмы (биодеструкторы) обычно используют по целевому назначению. Одних используют для рекультивации земель, загрязненных нефтью и нефтепродуктами, других для быстрого разложения мертвой растительной ткани, для разложения отходов бытового и промышленного происхождения и т.д. Биодеструкторы не только перерабатывают органические вещества, присутствующие в загрязнителях, но и обогащают почву собственными продуктами диссимиляции (жизнедеятельности) [3–5]. Нефтеокисляющие микроорганизмы (биодеструкторы) распространены в природе очень широко и могут усваивать разнообразные органические соединения: углеводы, белки, жиры и т.д. [6].

В настоящее время существует множество микроорганизмов, которые культивируются искусственным путем и применяются не только для почвенной среды, но и для водной среды.

Удобрения чаще всего применяют в сельском хозяйстве, а также при рекультивации земель. С помощью удобрений происходит увеличение количества макро- (N, P, K) и микроэлементов (Fe, Mn, Zn, Cu) в почве, что необходимо для роста и развития растений. Удобрения обычно делят на три группы: органические, минеральные и бактериальные [7; 8, с. 69–77; 9]. Органические удобрения имеют живое происхождение (навоз, гуано, перегной, торф и т.д.). Минеральные удобрения имеют химическое происхождение и бывают двух типов: 1) простые, которые содержат только один макроэлемент (азот, фосфор, калий) и важные микроэлементы (медь, бор, марганец и др.) [9–11]; 2) комплексные удобрения – это двойные по составу, например азотно-фосфорные, азотно-калийные или тройные азотно-фосфорно-калийные.

Биостимуляторы, или стимуляторы роста растений, тоже имеют органическое происхождение. Их можно условно разделить на две группы: биостимуляторы, в состав которых входят природные соединения (гуминовые и фульвовые кислоты, аминокислоты, экстракты морских водорослей, пептиды) и микроорганизмы (бактерии, грибки), которые взаимодействуют с растениями [12–14]. Основная функция биодеструкторов – это активизация их внутренних механизмов и ускорение процесса метаболизма.

В связи с тем, что после загрязнения нефтью, из-за увеличения количества аборигенных микроорганизмов, участвующих в самоочищающем процессе почвенной среды, уменьшается количество присутствующих в ней макро- и микроэлементов [4]. Поэтому необходимо при рекультивации обязательно вносить минеральные удобрения и усилители роста растений, чтобы восстановительные процессы шли быстро и растения, применяемые для дальнейшего этапа рекультивации, этапа фитомелиорации развивались в комфортных условиях.

Научная новизна работы заключается в том, что авторы определили роль удобрений, усилителей роста и микроорганизмов, совместно и по отдельности, на рост и развитие растений на загрязненных нефтью почвах в лабораторных условиях.

Цель исследования – выявление комплексного и индивидуального влияния удобрений, усилителей роста и биодеструкторов на рост, развитие растений в нефтезагрязненных почвах.

Задачи:

1. Изучение теоретического материала и научной литературы. Определение методов исследования.

2. Изучить токсическое воздействие нефтезагрязненной почвы на рост и развитие растений.

3. Оценить антистрессовый эффект биопрепаратов, удобрений и усилителей роста для растений на нефтезагрязненных почвах в лабораторных условиях.

Материалы и методы исследования

Для проведения исследования авторы использовали почву, биодеструктор Экойл, сидерат овес (Avéna), усилители роста – микоризные грибы Profi, суспензию хлореллы (биостимулятор), удобрение смесовое комплексное для травянистых растений, нефть и пластмассовые контейнеры. Исследования проводили в лаборатории химии и экологии филиала Тюменского индустриального университета в г. Нижневартовске, где были созданы условия для проведения опыта. Температура среды варьировалась в пределах 19–22°С, влажность 40–60%, что соответствует стандарту микроклимата производственной среды в зимний период. Для определения кислотности почвенной вытяжки авторы использовали SmartSensorPH 818.

Процентное содержание нефти в анализируемых пробах определяли методом ИК-спектрометрии на анализаторе «Концентратомер КН-3». Результат определения содержания нефтепродуктов в почве Хизм. (мг/кг) рассчитывали по формуле

где Сизм – показания прибора, мг/дм3;

М – масса навески образца для анализа, мг;

V – суммарный объем экстракта, см3;

V1 – объем экстракта, взятый для разбавления, см3;

V2 – объем экстракта, полученный после разбавления, см3;

Vал – объем аликвоты экстракта, введенной в хроматографическую колонку, см3;

Vэлюат – объем элюата, полученного после пропускания экстракта через колонку, см3.

Результаты исследования и их обсуждение

Исследования авторы проводили в несколько этапов. На первом этапе, по истечении двух дней, почву искусственно насытили нефтью. Через три дня в искусственно загрязненную нефтью почву внесли удобрения, микроорганизмы и стимуляторы роста. Через две недели авторы высеяли сидерат (овес) и дальше вели наблюдения. В первую очередь определили химизм почвы, результаты в табл. 1. Всходы появились через три дня (рис. 1). Количество всходов разнилось, например, самое большое количество всходов наблюдали в пробах, где присутствовали нефть + биодеструктор, самое меньшее в пробе нефть + почва, результаты представлены в табл. 3.

До наступления фазы третьего листа авторы брали по 5 растений и, используя метод морфометрии [15], измеряли вегетативные органы (корень, листья, стебель) растений (рис. 2).

После наступления фазы кущения опять повторили данные исследования, результаты представлены в табл. 2.

В начальных этапах растения развивались хорошо до фазы третьего листа (рис. 3).

После фазы третьего листа растения уже развивались по-разному. Почти каждый день в пробах растения погибали и до фазы кущения их количество в некоторых пробах сократилось почти на половину (табл. 3). Единственная проба, где почти не пострадали растения, – проба нефть + биодеструктор (табл. 3).

Рис. 1. Первые всходы растений (фото авторов)

Рис. 2. Вегетативные органы овса в фазе третьего листа (фото авторов)

Рис. 3. Растения в фазе третьего листа (фото авторов)

Таблица 1

Показатели кислотности исследуемой почвы

Источник: составлено авторами на основе полученных в ходе исследования данных.

Таблица 2

Средние показатели размера вегетативных органов при росте и развитии растений

Источник: составлено авторами на основе полученных в ходе исследования данных.

Таблица 3

Количество всходов и оставшихся в живых растений после роста и развития

Источник: составлено авторами на основе полученных в ходе исследования данных.

Рис. 4. Сравнительный анализ проб: нефть + биодеструктор, нефть + биодеструктор + грибы, нефть + биодеструкторы + хлорелла, нефть + биодеструктор + удобрение Источник: составлено авторами по результатам данного исследования

Рис. 5. Сравнительный анализ проб: нефть + почва, нефть + грибы, нефть + хлорелла, нефть + удобрение Источник: составлено авторами по результатам данного исследования

Заключение

Как показали исследования, для рекультивации земель, загрязненных нефтью, самый лучший показатель имеет проба нефть + биодеструктор. По результатам исследования также получены неплохие показатели по пробам, где вместе с биодеструкторами одновременно участвовали усилители роста растений и удобрение. В пробах без присутствия биодеструктора: нефть + грибы, нефть + хлорелла, нефть + удобрение, по сравнению с пробой нефть + почва, результаты также оказались выше, лучше и требуют внимания для дальнейшего исследования (рис. 4, 5). Последний показатель имеет особое значение в связи большими затратами в приобретении и в применении биодеструкторов. Авторы считают, что в случае небольших разливов нефти можно будет применять только удобрения и усилители роста растений, что будет экономически выгодно для предприятий. Поэтому в этом направлении необходимо проводить более серьезные исследования, но уже в полевых условиях. Результаты исследования могут быть применены нефтяными компаниями на время проведения рекультивационных мероприятий на территориях загрязненных нефтью.