Оценка эффективности применения биопрепаратов и фитомелиорантов в биоремедиации нефтезагрязненных почв
На правах рукописи
ГРИГОРИАДИ АННА СЕРГЕЕВНА ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ БИОПРЕПАРАТОВ И ФИТОМЕЛИОРАНТОВ В БИОРЕМЕДИАЦИИ НЕФТЕЗАГРЯЗНЕННЫХ ПОЧВ 03.01.06 – биотехнология 03.02.08 – экология
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук
Уфа – 2010
Работа выполнена на кафедре биохимии и биотехнологии ГОУ ВПО «Баш кирский государственный университет» Научные руководители: доктор биологических наук, профессор Киреева Наиля Ахняфовна кандидат биологических наук, ст. науч. сотр.
Галимзянова Наиля Фауатовна
Официальные оппоненты: доктор биологических наук, профессор Кураков Александр Васильевич доктор биологических наук, профессор Габбасова Илюся Масгутовна
Ведущая организация: Учреждение Российской академии наук Институт биохимии и физиологии растений и микроорга низмов РАН (г. Саратов)
Защита диссертации состоится 3 декабря 2010 г. в 16-00 часов на заседании Регионального диссертационного совета ДМ 002.136.01 при Учреждении Российской академии наук Институте биологии Уфимского научного центра Российской академии наук по адресу: 450054, г. Уфа, пр. Октября, д. 69, тел.: 235-53-62, e-mail: [email protected].
С диссертацией можно познакомиться в библиотеке Уфимского научного центра Российской академии наук и на официальном сайте http://www.anrb.ru/inbio/dissovet/index/htm
Автореферат разослан « 30 » октября 2010 г.
Ученый секретарь Регионального диссертационного совета, кандидат биологических наук Р.В. Уразгильдин
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность исследования. В условиях неуклонно возрастающего антропогенного давления на окружающую среду ее защита от техногенного загрязнения является одной из серьезных задач экологии.
Нефть и нефтепродукты, поступая в окружающую среду, оказывают не гативное влияние на все компоненты экосистем. Углеводороды являются постоянным источником канцерогенного и мутагенного воздействия. Неф тяное загрязнение почв приводит к выведению обширных территорий из сельскохозяйственного использования.
Исследованиями многих авторов доказано, что естественное восстанов ление плодородия почв, загрязненных нефтяными углеводородами, занима ет длительный период (Хазиев, Фатхиев, 1981;
Margesin et al., 1999;
Логинов и др., 2000;
Габбасова, 2004;
Маганов и др., 2006;
Кураков и др., 2006). По пытки рекультивации нарушенных почв только физико-химическими мето дами зачастую не дают желаемых результатов (Суржко и др., 1995;
Алексее ва и др., 2000;
Давыдова, Тагасов, 2006;
Мельников и др., 2007). В настоя щее время наиболее перспективным считается комплексный подход к био ремедиации (Исмаилов, Пиковский, 1988;
Вельков, 1995;
Логинов и др., 2000;
Карасева и др., 2005;
Середина и др., 2008). Еще большую популяр ность приобретают методы, основанные на использовании объединенного метаболического потенциала микроорганизмов и растений (Турковская, Муратова, 2005). В связи с этим весьма актуальным является изучение про цессов восстановления нефтезагрязненных почв с использованием различ ных методов и приемов рекультивации.
Цель диссертационной работы - оценка эффективности микробных препаратов разнонаправленного действия и фитомелиорантов при рекульти вации нефтезагрязненных почв по биологическим показателям.
Основные задачи исследований:
1. Выявить изменение биологической активности нефтезагрязненной серой лесной почвы при стимулировании аборигенной микробиоты внесе нием углеводно-минеральной добавки, являющейся отходом целлюлозно бумажного производства;
2. Изучить влияние неспецифических микробных препаратов (Азолен, Белвитамил, Елена) на восстановление серой лесной почвы после нефтяного загрязнения;
3. Оценить по биологическим показателям эффективность применения препаратов, основанных на специализированных углеводородокисляющих группах микроорганизмов (Ленойл, Универсал), для восстановления разных типов почв 4. Исследовать возможность использования дягиля лекарственного (Archangelica officinalis L.) и бархатцев прямостоячих (Tagetes erecta L.) для фиторемедиации нефтезагрязненной серой лесной почвы.
Научная новизна работы. Впервые было проведено исследование влияния биопрепарата Универсал на типы почв, характерных для умеренных и южных широт России и рассмотрен комплекс микроскопических грибов при рекультивации препаратом. Впервые была предложена углеводно минеральная добавка, являющаяся отходом целлюлозно-бумажного произ водства, для рекультивации нефтезагрязненной почвы. Получены новые данные по использованию дягиля лекарственного (Archangelica officinalis) для фиторемедиации почв, загрязненных нефтью и нефтепродуктами. Впер вые проведена оценка влияния дягиля на биологические свойства нарушен ных почв, а также исследована его устойчивость к действию различных пол лютантов.
Практическая значимость. Полученные данные могут быть использо ваны при выборе методов биоремедиации в зависимости от типа почвы и степени ее загрязнения в условиях разных климатических зон России. Для внедрения в практику биоремедиации был предложен дягиль лекарственный в качестве фитомелиоранта. Результаты исследований могут быть примене ны в учебном процессе в рамках дисциплин «Рекультивация нарушенных земель», «Экология микроорганизмов», «Биоиндикация и биомониторинг» и «Техногенные системы и экориск».
Результаты исследований были апробированы в ССП «НИПИ Нефтегаз» (Акт о внедрении прилагается).
Личное участие автора. Автором написан аналитический обзор лите ратуры, получена основная часть фактических данных, проведена их интер претация и подготовка научных публикаций.
Обоснованность выводов и достоверность результатов работы обес печены большим объемом лабораторных и полевых экспериментов с приме нением современных математических методов обработки, анализа и оценки полученных результатов.
Апробация работы. Основные положения и результаты диссертацион ной работы были представлены на Международных конференциях «Ломо носов-2006» (Москва, 2006), «Экология и биология почв» (Ростов на Дону, 2007), «Биология – наука XXI века» (Пущино, 2007, 2009, 2010), «Актуаль ные аспекты современной микробиологии» (Москва, 2007, 2008, 2010), «Мировые инновационные технологии восстановления нарушенных и за грязненных техногенных регионов» (Кемерово, 2008), «Актуальные про блемы биоэкологии и биотехнологии» (Москва, 2008;
Казань, 2008;
Саранск, 2008;
Тамбов, 2009, 2010), «Адаптация биологических систем к естествен ным и экстремальным факторам среды» (Челябинск, 2008), «Экология Рос сии и сопредельных территорий» (Новосибирск, 2008, 2009), «Фундамен тальные и прикладные исследования в биологии» (Донецк, 2009), «Иннова ционные процессы в АПК» (Москва, 2009), «Современные проблемы за грязнения почв» (Москва, 2010), «Биотехнология начала III тысячелетия» (Саранск, 2010), на Всероссийских конференциях и съездах «Актуальные проблемы биологии и экологии» (Сыктывкар, 2007), «Фундаментальные достижения в почвоведении, экологии, сельском хозяйстве на пути к инно вациям» (Москва, 2008;
Санкт-Петербург, 2008), «Инновационные подходы к естественнонаучным исследованиям и образованию» (Казань, 2009), «Ус тойчивость организмов к неблагоприятным факторам внешней среды» (Ир кутск, 2009), «Экоаналитика-2009» (Йошкар-Ола, 2009), «Экотоксикология 2009» (Пущино, 2009), «Окружающая среда и проблемы устойчивого разви тия регионов» (Казань, 2009;
Киров, 2008, 2009), «Актуальные проблемы сохранения биоразнообразия» (Апатиты, 2009;
Уфа, 2010;
Оренбург, 2010).
На конкурсе научных работ студентов вузов Республики Башкортостан в 2007 г работа была отмечена дипломом I степени.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 24 научные работы, в том числе в 11 журналах, рекомендованных ВАК.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, глав, заключения, выводов, списка литературы, включающего 367 источни ков, в том числе 106 на иностранных языках, и 4 приложения. Работа содер жит 209 страниц основного текста, 19 страниц приложений, иллюстрирована 37 рисунками и включает 16 таблиц.
Благодарности. Автор выражает искреннюю благодарность и призна тельность за неоценимую помощь и поддержку научным руководителям проф. д.б.н. Киреевой Н.А. и к.б.н. Галимзяновой Н.Ф., к.б.н. Башировой Р.М., к.б.н. Бакаевой М.Д., к.б.н. Юмагужину М.С. за активное участие в обсуждении результатов, к.б.н. Г.Ф. Рафиковой за помощь в определении микроскопических грибов, д.б.н. Логинову О.Н. и к.б.н. Маркаровой М.Ю.
за любезно предоставленные биопрепараты, а также всем коллегам и соав торам публикаций.
ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Глава 1. Влияние нефтяного загрязнения и ремедиации на биологи ческие свойства почвы (обзор литературы) Дана общая характеристика нефтяных углеводородов как одного из приоритетных поллютантов окружающей среды. Описано влияние нефти и нефтепродуктов на компоненты почвенной экосистемы. Рассмотрены ос новные методы восстановления и освещены проблемы, связанные с рекуль тивацией загрязненных почв.
Глава 2. Объекты и методы исследований Объектами исследований были серая лесная почва (республика Башкор тостан) и чернозем обыкновенный (Краснодарский край), загрязненные неф тью и нефтепродуктами, а так же растения дягиля лекарственного и бархат цев прямостоячих в качестве фитомелиорантов. В лабораторных и полевых условиях изучалось изменение биологической активности нефтезагрязнен ных и рекультивируемых почв (серая лесная почва и чернозем обыкновен ный). Для биоремедиации были использованы: 1) УМД (углеводно минеральная добавка), образующаяся при производстве целлюлозы из дре весины сульфитным способом. Основными компонентами этой добавки являются моносахариды (28-32%);
2) Белвитамил – готовая смесь промыш ленной ассоциации аэробно-анаэробных микроорганизмов активного ила очистных сооружений целлюлозо-бумажного производства;
3) Азолен биоудобрение, разработанное на основе штамма Azotobacter vinelandii (Пат.
2224791 РФ);
4)Биофунгицид Елена, основу которого составляет культу ральная жидкость нового штамма-антагониста фитопатогенных грибов Pseudomonas aureofaciens ИБ 51 (Логинов и др., 2003);
5) Ленойл – препарат для рекультивации нефтезагрязненных почв и водных объектов, основу ко торого составляет природный консорциум микроорганизмов нефтедеструк торов Bacillus brevis и Arthrobacter sp. (Логинов и др., 2004);
6) Универсал – бакпрепарат, разработанный на основе нефтеокисляющих бактерий Rodo coccus equi, выделенных из загрязненных нефтью почв Усинского и Ухтин ского районов Республики Коми (Маркарова, 2004).
Оценка биологической активности почвы осуществлялась по следую щим параметрам: ферментативная активность, численность различных эко лого-трофических групп микроорганизмов и фитотоксичность. Каталазная активность определялась газометрическим методом, пероксидазная, поли фенолоксидазная и дегидрогеназная – спектроскопическими методами (Ха зиев, 2005). Определение численности микроорганизмов почвы и ризосферы растений проводили в соответствии с общепринятыми методами посева (Методы почвенной..., 1991). Идентификацию видов микромицетов прово дили по определителям (Литвинов, 1967;
Пидопличко, 1972;
Билай, 1977;
Егорова, 1986;
Билай, 1988;
Raper, Fennel, 1965;
Raper, Thom, 1968;
Watanabe, 2000). Видовые названия грибов уточняли по пополняемым спи скам опубликованных видов в базе данных «Index fungorum» (www.indexfungorum.org). Оценку степени фитотоксичности почвы прово дили по Гродзинскому (1991) биотестами с помощью проростков редиса (Raphanus sativus), сорт Красный с белым кончиком.
Определение содержания остаточных нефтепродуктов в почве прово дили горячей экстракцией хлористым метиленом (McGill, Rowell, 1980).
Содержание бенз(а)пирена – спектрофлуориметрическим способом (Труб никова и др., 2006). Пигменты растений экстрагировали метанолом и аце тоном и снимали спектры поглощения на приборе UV-2401 PC Shimadzu.
Микроскопические исследования корневой системы растений проводили на люминесцентном микроскопе марки ЛОМО Микромед-2 (Россия), степень микотрофности корней рассчитывали методом Травло (Методы исследова ния…, 1992).
Статистическую обработку результатов производили с применением па кета прикладных программ Statistica V 6.0., Excel-2003. При оценке стати стической достоверности средних полученных данных использовали t критерий Стьюдента на 5% уровне значимости.
Глава 3. Использование углеводно-минеральной добавки для стимулирования аборигенной микробиоты при восстановлении нефтезагрязненной почвы Действие УМД основано на стимуляции аборигенной микробиоты неф тезагрязненной почвы. Использование добавки оказало положительное А Б Рис.1. Динамика численности целлюлозоразрушающих (А) и углеводо родокисляющих (Б) микроорганизмов в нефтезагрязненной и рекуль тивируемой УМД почве влияние на численность микроорганизмов, использующих органические и минеральные формы азота, целлюлозолитиков (рис.1А), значительно стиму лировало активность каталазы (рис.2).
Рис. 2. Динамика каталазной активности нефтезагрязненной и рекультивируемой почвы Внесение УМД в нефтезагрязненную почву способствовало развитию углеводородокисляющих микроорганизмов (рис. 1Б). Очевидно, благодаря этому деградации при использовании УМД подверглось до 61% углеводо родов (при начальной концентрации нефти 8%).
Внесение УМД привело к перестройке микологического сообщества се рой лесной почвы (табл.1). Во всех вариантах опыта с применением добавки происходило усиленное развитие видов рода Fusarium и Aspergillus. Для сильнозагрязненной почвы (8%) характерно преобладание представителей р.
Fusarium (F. javanicum, F. martii, F. merismoides, F. оxysporum).
Таблица Доминирующие и типично частые виды, выделенные из серой лес ной почвы при нефтяном загрязнении и рекультивации Почва, загрязненная Почва, обработанная Незагрязненная почва нефтью УМД Penicillium corylophylum, Aspergillus candidus, A. ustus, Р. аtrovirens, P. funiculosum, A. niger, Р. atrovirens, P. velutinum, P. funiculosum, Р.purpurogenum виды рода Fusarium Talaromyces flavus Однако обработка УМД не приводила к уменьшению токсичности поч вы для растений. Даже через 90 суток всхожесть редиса составляла всего лишь 15, 11 и 7% для проб с 1, 4 и 8%-ной концентрацией поллютанта соот ветственно. Это связано с тем, что УМД стимулировала развитие микроми цетов, обладающих фитотоксическими свойствами (рис.3).
Рис.3. Доля фитотоксичных грибов, выделенных из нефтезагряз ненной и обработанной УМД серой лесной почве Глава 4. Влияние внесения неспецифических микробных препаратов на биологическую активность нефтезагрязненной почвы Поскольку другие показатели биологической активности свидетельст вуют об оптимизации условий жизнедеятельности микробиоты при внесе нии УМД, то ее применение в технологиях биорекультивации оправдано в сочетании с фунгицидными биопрепаратами (такими как, Елена и т.п.).
Биопрепараты Азолен, Белвитамил и Елена не содержат в своем составе специализированных углеводородокисляющих микроорганизмов, однако бактерии, составляющие их основу, могут стимулировать биологическую активность нефтезагрязненной почвы (Градова, 2003;
Логинов, 2005;
Мура това и др., 2005;
Онегова, 2006).
Использование каждого из биопрепаратов оказывало положительное влияние на микробиоту нефтезагрязненной серой лесной почвы, однако сте пень выраженности воздействия была неодинаковой для разных групп мик роорганизмов. Белвтамил активнее, чем Азолен и Елена стимулировал раз витие УОМ, в том числе и за счет микроорганизмов активного ила, способ ных разлагать углеводороды (рис. 4).
Аналогичные данные были получены и для группы целлюлозоразла гающих микроорганизмов, весьма чувствительных к загрязнению углеводо родами и способных чутко реагировать на изменения условий обитания (Киреева, 1994) (рис. 5).
Активность почвенных ферментов, во многом определяет эффектив ность процесса биорекультивации. Оценка активности каталазы показала, что выраженное стимулирующее влияние на этот показатель оказывало вне сение Белвитамила (рис. 6) Рис. 4. Численность углеводородокисляющих микроорганизмов нефтезагрязненной серой лесной почвы при использовании биопрепа ратов Белвитаил, Азолен, Елена (90 сутки) Рис. 5. Численность целлюлозоразлагающих микроорганизмов неф тезагрязненной серой лесной почвы при использовании биопрепаратов Белвитаил, Азолен, Елена (90 сутки) По эффективности снижения содержания углеводородов биопрепараты распределились следующим образом, в зависимости от начальной концен трации нефти: 1% – Б А Е;
4% – Б Е А, 8% – Б А Е. Белвитамил оказался наиболее активным при высокой степени загрязнения - под его влиянием разложилось до 63,7% углеводородов, а при внесении Азолена или Елены 46,3% и 32,5% соответственно.
Рис. 6. Относительная активность каталазы при внесении Белви тамила, Азолена, Елены в нефтезагрязненную серую лесную почву че рез 90 суток (мл О2/г в нефтезагрязненной почве/ мл О2/г почвы при биоремедиации) Рис. 7. Всхожесть семян редиса в нефтезагрязненной серой лесной почве при использовании для биоремедиации препаратов Азолен, Бел витамил, Елена (90 сутки) Одним из важных показателей степени восстановленности рекультиви руемых почв является их токсичность по отношению к растениям. Извест но, что в нефтезагрязненных почвах токсичность вызвана не только прямым действием углеводородов, но и развитием фитотоксичных видов микроми цетов (Киреева и др., 2003). Азолен и Елена, в большей степени, чем Белви тамил способствовали снижению плотности популяций микроскопических грибов в нефтезагрязненной почве, уменьшению доли фитотоксичных ви дов, что явилось одной из предпосылок к устранению токсичности почвы по отношению к тест-растению при 1% загрязнении и значительному сниже нию при 4% и 8% (рис. 7) Глава 5. Влияние специализированных препаратов на основе углеводородокисляющих микроорганизмов на биологическую активность нефтезагрязненной почвы Ленойл и Универсал представляют собой специализированные препара ты нефтеокисляющего действия. В автореферате представлены данные, по лученные при исследовании Универсала.
Внесение Универсала приводило к увеличению численности УОМ, максимальное их количество наблюдалось в почве загрязненной 10% нефти (полевой опыт - до 160*103 КОЕ/г почвы), что указывает на активное про текание процессов деградации углеводородов. Сходные данные получены в модельных экспериментах при рекультивации серой лесной почвы и черно зема обыкновенного (рис. 8).
Применение Универсала способствовало изменению видового состава комплекса микромицетов рекультивируемой почвы. Внесение биопрепарата в загрязненную почву приводило к возрастанию видового богатства, спо собствовало изменению обилия типичных видов (табл. 2).В чистой почве преобладал P. lanosum, внесение Универсала увеличило обилие этого вида.
При низкой концентрации нефти максимальное обилие было характерно для Aspergillus niger, применение биопрепарата приводило к преобладанию Pe nicillium canescens. В сильнозагрязненной почве доминировал P. madriti, обработка Универсалом приводила к смене доминанты.
Важным критерием оценки почвы в отношении ее самоочищающей спо собности от нефтяных углеводородов, является активность дегидрогеназы.
Внесение нефти и нефтепродуктов оказало ингибирующее влияние на ак тивность дегидрогеназы в начале эксперимента. В дальнейшем активность процессов анаэробного дегидрогенирования возрастала, видимо, в результа те адаптации микробного сообщества к экстремальным условиям и началом процессов самоочищения почвы (рис. 9).
Применение Универсала не оказало явного стимулирующего влияния на дегидрогеназную активность серой лесной почвы, загрязненной нефтью.
Таблица Обилие микромицетов при биоремедиации серой лесной почвы, загрязненной нефтью (полевой опыт) Обилие, % Виды микроми кон- контроль 10%неф 10% 6,4% 6,4% цетов троль нефти нефти+У ти +У +У Alternaria tenuis sima (Kunze) - - - - 0,84 2, Wiltshire *Aspergillus fu - 6,52 - 4,0 - 3, migatus Fresen.
*A. niger van 5,19 4,35 30,56 1,33 - 1, Tiegh.
* Penicillium - - 8,33 48 5,49 4, canescens Sopp *P. citrinum 1,29 - - 12 - 1, Thom *P. chrysogenum var. chrysogenum - - - - 4,64 Thom P. coeruleoviride 1,29 - - - - 1, G. Sm.
P. commune 6,49 - - - - Thom P. decumbens 9,09 - 8,33 6,67 4,22 4, Thom P. glauco 67, cinerascens Cha- - - - - 14, lab P. griseoroseum 2,59 19,57 - - - Dierckx *P. lanosum 45,45 56,52 19,44 9,33 2,5 Westling *P. madriti G.
- - - - 62,87 Sm.
*P. raperi G. Sm. 5,19 - 11,11 1,33 - *Trichoderma - - - - 1,69 1, viride Pers.
Micelia sterilia - 2,17 - 16,0 0,84 2, (white) Примечание: У - Универсал;
« - » - вид не обнаружен;
* - фитотоксичный вид Рис. 8. Динамика численности углеводородокисляющих микроорга низмов в нефтезагрязненной и рекультивируемой Универсалом серой лесной почве и черноземе обыкновенном (90 суток) При обработке биопрепаратом нефтезагрязненного чернозема обыкно венного отмечалось значительное возрастание активности дегидрогеназы в соответствии с увеличением концентрации поллютанта (рис. 9). Этот факт, возможно, объясняется тем, что черноземы обладают большим потенциа лом биологической активности, чем серая лесная почва умеренной полосы.
Таблица Деградация углеводородов в загрязненной серой лесной почве при рекультивации различными биопрепаратами (%, 90 суток) Концентрация Без обра Белвита Универ нефти, % Ленойл Азолен Елена ботки УМД мил сал 1 67 81 83 79 77 93 4 21,8 52,5 50 43,5 47,3 64,3 69, 8 22 63,7 61,3 46,3 32,5 66,6 А Б Рис. 9. Динамика дегидрогеназной активности чернозема обыкно венного (А) и серой лесной почвы (Б), загрязненных нефтью Применение Универсала и Ленойла способствовало максимальной де градации углеводородов (табл. 3).
Глава 6. Фиторемедиация нефтезагрязненной почвы с использованием Archangelica officinalis и Tagetes erecta Технологии фиторемедиации более эффективны по сравнению с тради ционными инженерными технологиями на стадии доочистки загрязненных почв. При совершенствовании этого метода основное внимание уделяется отбору растений, способных трансформировать совместно с симбиотиче скими микроорганизмами токсичную часть поллютантов, переводя их в ме нее подвижную и активную форму. Перспективными для внедрения в прак тику биоремедиации, с нашей точки зрения, являются дягиль лекарственный Archangelica officinalis (syn. A. archangelica) и бархатцы прямостоячие (Ta getes erecta L.).
Оценка воздействия на растения нефти и нефтепродуктов показала, что у них изменялся ряд морфологических и физиологических характеристик.
Влияние минимальной концентрации нефти (1%) незначительно отразилось на морфологических параметрах дягиля и бархатцев. В ходе микроскопических исследований корней дягиля были обнаружены бурые включения, которые, возможно являются компонентами нефти, поступившими в корневую систему в результате процесса фитоэкстракции (рис.10).
А Б Рис. 10. Влияние нефтяного загрязнения почвы на корни дягиля (А – контроль, Б – нефтяное загрязнение) (400) Изучение препаратов корешков интактного и подверженного воздейст вию нефти растения показало, что при воздействии этого поллютанта акти визируются процессы дегликозилирования фенолокислот, приводящие к накоплению в клетках флуоресцирующих кумаринов, при этом обнаружива лась яркая флуоресценция (рис. 11). Кумарины в норме не присутствуют в клетках растений, их появление свидетельствует о деструктивных процессах в клетках.
Ткань корней интактных растений Ткань корней дягиля под действием нефти Рис. 11. Препарат корешков растений дягиля при 6%-ном нефтяном загрязнении через 30 суток воздействия (400 ) Как известно, хлорофилл, находящийся в фотосинтетических мембра нах, служит своего рода детектором состояния клеток растений. Через суток культивирования дягиля на нефтезагрязненной почве отмечено угне тение фотосинтеза в варианте с 1%-ым загрязнением. Максимальное содер жание хлорофиллов на протяжении всего опыта было отмечено при воздей ствии нефти в концентрации 3%, в первую очередь это коснулось хлоро филла б, более устойчивого к действию стрессоров (рис. 12). Аналогичные данные были получены при оценке влияния нефти и нефтепродуктов на фо тосинтетическую систему бархатцев: на долю хлорофилла б приходилось 38,7% при 6%-ном загрязнении, в сравнении с 27,9% – при 3%-ном.
Оценка содержания бенз(а)пирена в тканях дягиля и бархатцев показала, что с ростом концентрации нефти наблюдалось увеличение содержания БП в растительной массе бархатцев и дягиля. Полученные данные свидетельст вуют о способности бархатцев и дягиля к гипераккумуляции ПАУ, причем дягиль обладает более высоким потенциалом за счет большей биомассы рас тения (табл. 4).
Под посевами дягиля и бархатцев уменьшалось содержание остаточных углеводородов. Отмечено, что под посевом дягиля произошла деградация около 40% углеводородов при начальной концентрации загрязнителя в поч ве 1-3% и 20% – при 6% спустя 60 суток с начала эксперимента.
Рис. 12. Изменения содержания хлорофилла а и б в листьях Archangelica officinalis на 3, 30 и 60 сутки после внесения нефти В почве под посевами дягиля и бархатцев наблюдалось стимулирование развития УОМ, увеличение численности микроорганизмов, использующих минеральные и органические формы азота, целлюлозолитиков, азотфикса торов, усиливалась ферментативная активность почвы (табл. 5).
Таблица Содержание бенз(а)пирена в растениях, выращенных на нефтезаг рязненных почвах (нг/г) Концентрация нефти, % Растение 0 1 3 Бархатцы 12,3±3,0 49,1±2,5 110,0±5,0 270,0±10, Дягиль 28±1,3 66,2±3,3 150,2±6,8 670±33, Таблица Влияние нефтяного загрязнения на некоторые группы микроорга низмов ризосферы дягиля и бархатцев Группы Кон- Дягиль Бархатцы микроорга- цен низмов трация 30 суток 60 суток 30 суток 60 суток (КОЕ/г нефти, почвы) % 54,2±2,0 53,3±4, 65,0±9,7 116,7±6, Микроор 44,2±2,0 95,7±5, 91,7±3,5 237,5±14, ганизмы, на 27,0±0,75 172,5±12, 73,0±3,2 241,7±16, КАА,х 99,0±3,5 144,7±9, 201±24,7 217,8±5, 41,7±8,5 64,0±3,5 19,0±0,75 14,7±0, Азотфикса 57,5±14,8 155,5±14,6 11,8±0,5 6,3±0, торы, 96,0±7,1 182±9,2 6,3±0,25 7,75±0, х 27,5±3,7 66,5±3,75 11,5±0,75 12,0±0, 13,75±0,45 21,7±0,97 11,0±0,9 13,1±1, Целлюло 10,0±0,75 20,7±0,7 4,3±0,1 12,5±0, золитики, 8,1±0,52 5,75±0,32 6,5±0,2 7,9±0, х 4,37±0,22 5,0±0,2 2,75±0,1 7,1±0, УОМ, 4,5±0,23 4,5±0,23 3,5±0,14 4,0±1, х103 16,5±0,82 75,0±3,7 20,0±0,82 45,0±2, 20,0±0,09 140,0±7,05 16,5±1,2 70,0±3, 45,0±2,25 160,0±8,5 25,0±1,2 110±5, Микориза – широко распространенная форма микробно-растительного симбиоза, способствующая выживанию растений при неблагоприятных ус ловиях окружающей среды (Селиванов, 1981;
Широких, 2008). В корнях дягиля лекарственного было выявлено наличие везикулярно-арбускулярной микоризы. Исследования показали, что встречаемость микоризной инфек ции в интактных растениях дягиля составляла 62,6%, интенсивность мико ризации – 19,8%. Нефтяное загрязнение стимулировало развитие микоризы в корнях дягиля. В почве с содержанием нефти до 3% встречаемость мико ризной инфекции возрастала, при дальнейшем увеличении концентрации поллютанта отмечалось снижение этого показателя (рис. 13).Интенсивность Рис. 13. Встречаемость микоризной инфекции и ее интенсивность в корневой системе дягиля лекарственного при загрязнении нефтью микоризной инфекции при 1%-ном загрязнении нефтью была выше, чем в интактном растении. Далее наблюдалась регрессирующая динамика, степень ингибирующего влияния нефтяных углеводородов составила 61% от кон трольного показателя при максимальной концентрации поллютанта.
ВЫВОДЫ Проведена оценка эффективности применения биопрепаратов раз 1.
нонаправленного действия и растений для ремедиации почв, загрязнен ных нефтью. Показано, что исследованные препараты при рекультива ции серой лесной почвы по степени снижения содержания остаточных углеводородов располагаются в ряду Универсал Ленойл Белвита мил УМД Азолен Елена. Снижение фитотоксичности почвы при биоремедиаци происходило в ряду Ленойл Азолен Елена Уни версал Белвитамил УМД.
Выявлено, что применение УМД стимулировало увеличение чис 2.
ленности УОМ (в 3-10 раз), целлюлозоразлагающих микроорганизмов (в 10-25 раз), микроорганизмов цикла азота (в 1,5-10 раз). Внесение УМД привело к перестройке комплекса микромицетов нефтезагрязнен ной серой лесной почвы, способствующей усилению ее фитотоксично сти.
Показано, что использование Белвитамила стимулировало рост чис 3.
ленности УОМ, активность каталазы в большей степени, чем Азолен и Елена. Внесение Азолена и Елены приводило к уменьшению доли фито токсичных видов в составе комплекса микромицетов нефтезагрязненной серой лесной почвы.
Установлено, что Универсал и Ленойл способствуют восстановле 4.
нию микробоценоза нефтезагрязненной серой лесной почвы, стимули руют активность ферментов. Показано, что биопрепарат Универсал мо жет быть использован для биоремедиаци серой лесной почвы и черно зема обыкновенного, загрязненных нефтью.
Показано, что дягиль лекарственный и бархатцы прямостоячие являют 5.
ся перспективными растениями для фиторемедиации нефтезагрязнен ных почв. Установлено, что корневая система и фотосинтетический ап парат дягиля и бархатцев устойчивы к воздействию нефтяных углеводо родов. В ризосфере растений увеличивалась численность УОМ, усили валась ферментативная активность почвы. Загрязнение нефтью (3%) стимулировало микоризную инфекцию на корнях дягиля лекарственно го. Посевы дягиля и бархатцев способствовали снижению содержания нефти на 40% - 55%. Показано, что данные растения способны к гипе раккумуляции бенз(а)пирена.
Список основных работ, опубликованных по теме диссертации Киреева Н.А., Водопьянов В.В., Рафикова Г.Ф., Кабиров Т.Р., Григо 1.
риади А.С. Мониторинг токсичности нефтезагрязненных почв по мик робиологическим показателям // Вестник Оренбургского государствен ного университета. – 2007. – № 75. – С. 158-161.
Киреева Н.А., Онегова Т.С., Григориади А.С. Характеристика Белви 2.
тамила, используемого для рекультивации нефтезагрязненных природ ных объектов. // Вестник Башкирского университета. – 2008. – Т. 13, №2. – С. 279-281.
Киреева Н.А., Шамаева А.А., Григориади А.С., Новоселова Е.И. Изу 3.
чение возможности утилизации отходов деревопереработки для биоло гической очистки и детоксикации нефтешламов // Теоретическая и при кладная экология. – 2008. – №3. – С. 81-85.
Киреева Н.А., Бакаева М.Д.. Климина И.П., Григориади А.С., Рафикова 4.
Г.Ф. Накопление оппортунистических грибов во внешней среде города с развитой нефтеперерабатывающей промышленностью. // Иммунопато логия, Аллергология, Инфектология. – 2009. – №2. – С. 48-49.
Григориади А.С., Новоселова Е.И., Киреева Н.А. Фиторемедиация как 5.
способ очистки и повышения биологической активности нефтезагряз ненных почв // Аграрная Россия. – 2009. – Спецвыпуск. – С. 30-31.
Киреева Н.А., Новоселова Е.И., Шамаева А.А., Григориади А.С.
6.
Биологическая активность чернозема выщелоченного, загрязненного продуктами сгорания попутного нефтяного газа, и возможности ее восстановления при фиторемедиации // Почвоведение. – 2009. – №4. – С. 498-503.
Баширова Р.М., Григориади А.С., Киреева Н.А., Юмагужин М.С., 7.
Тимербаева Г.Р., Долотовская Л.З. Влияние загрязнения почвы нефтью на некоторые физиологические показатели дягиля лекарственного Archangelica officinalis // Аграрная Россия. – 2009. – №2. – С. 42-44.
Киреева Н.А., Рафикова Г.Ф., Григориади А.С., Галимзянова Н.Ф., 8.
Логинов О.Н. Влияние биопрепарата Азолен на комплекс микромицетов нефтезагрязненной серой лесной почвы // Микология и фитопатология.
– 2009. – №2. – С. 142-150.
Киреева Н.А., Новоселова Е.И., Григориади А.С. Влияние загрязнения 9.
почв нефтью на некоторые физиологические показатели растений и ризосферную микробиоту // Агрохимия. – 2009. – №7. – С. 71-80.
Киреева Н.А., Новоселова Е.И., Ерохина Н.И., Григориади А.С.
10.
Накопление бенз(а)пирена в системе «почва-растение» при загрязнении нефтью и внесении активного ила // Вестник Оренбургского государственного университета. – 2009. – №6. – С. 579-581.
Водопьянов В.В., Киреева Н.А., Григориади А.С., Якупова А.Б.
11.
Влияние нефтяного загрязнения почвы на ризосферную микробиоту и моделирование процессов биодеградации // Вестник Оренбургского государственного университета. – 2009. – №6. – С. 545-547.
Киреева Н.А., Климина И.П., Григориади А.С., Якупова А.Б.
12.
Микромицеты как биодеструкторы углеводородов и потенциальные возбудители микозов в нефтезагрязненных регионах // Проблемы медицинской микологии. – 2009. – №2. – С. 79.
Киреева Н.А., Дубовик И.Е., Григориади А.С., Кабиров Т.Р. Оценка 13.
фитотоксичности нарушенных почв по показателям альгомикологического комплекса // Агрохимия. – 2009. – №11. – С. 43 49.
Киреева Н.А., Григориади А.С., Щемелинина Т.Н., Гареева А.Р., 14.
Якупова А.Б. Оценка эффективности биоремедиации нефтезагрязненных почв с использованием бакпрепарата Универсал // Вестник Оренбургского государственного университета. – 2009. – Октябрь. – Спецвыпуск. – С. 454-455.
Водопьянов В.В., Киреева Н.А., Григориади А.С., Баширова Р.М., 15.
Гареева А.Р., Шпилева У.Ю. Мониторинг растений-фиторемедиантов нефтезагрязненных почв по аллометрическим и физиолого биохимическим показателям роста // Вестник Оренбургского государственного университета. – 2009. – Октябрь. – Спецвыпуск. – С.
543-544.
Киреева Н.А., Шамаева А.А., Григориади А.С., Водопьянов В.В., 16.
Новоселова Е.И. Биоремедиация и детоксикация нефтешлама // Защита окружающей среды в нефтегазовом комплексе. – 2009. – №3. – С. 43-47.
Киреева Н.А., Новоселова Е.И., Григориади А.С. Оценка нарушенно 17.
сти лесных почв, загрязненных нефтепродуктами по показателям фер ментативной активности // Аграрная Россия – 2009. – Спецвыпуск. Ма териалы Международной научно-практической конференции «Актуаль ные проблемы дендроэкологии и адаптации растений». – С. 183-184.
Киреева Н.А., Григориади А.С., Хайбуллина Е.Ф. Ассоциации 18.
углеводородокисляющих микроорганизмов для биоремедиации нефтезагрязненных почв // Вестник Башкирского университета. – 2009.
– Т. 14, №2. – С. 391-394.
19. Kireeva N.A., Vodopyanov V.V., Shamaeva A.A., Grigoriadi A.S.
Dynamics of phytoremediation the soils, contaminated with oil // Soil remediation / ed. L.Aachen, P.Eichmann. N-Y.: Nova Science Publishers, 2009. – Р. 369-377.
Киреева Н.А., Рафикова Г.Ф., Галимзянова Н.Ф., Логинов О.Н., Григо 20.
риади А.С., Якупова А.Б. Влияние биофунгицида Елена на комплексы микромицетов нефтезагрязненных почв различных типов при биореме диаци // Микология и фитопатология. – 2010. – Т. 44, Вып. 1. – С. 53-62.
Киреева Н.А., Водопьянов В.В., Григориади А.С., Новоселова Е.И., 21.
Багаутдинова Г.Г., Гареева А.Р., Лобастова Е.Ю. Эффективность применения биопрепаратов для восстановления плодородия техногенно загрязненных почв // Известия Самарского научного центра Российской академии наук. – 2010. – № 1(4). – С. 1023-1026.
Киреева Н.А., Григориади А.С., Климина И.П. Микромицеты 22.
биодеструкторы нефтяных углеводородов в загрязненных и рекультивируемых почвах // Проблемы медицинской микологии. – 2010.
– №2. – С. 97.
Киреева Н.А., Григориади А.С., Гареева А.Р. Влияние загрязнения 23.
нефтяными углеводородами на ризосферную микробиоту растений фиторемедиантов // Сборник матер. III Междунар. научной конф.
«Современные проблемы загрязнения почв» - Москва, 24-28 мая, 2010г.
– Москва, 2010. – С. 222-225.
Киреева Н.А., Водопьянов В.В., Григориади А.С., Гареева А.Р., 24.
Атепаева О.С. Мониторинг биоремедиаци нефтезагрязненных почв по показателям биологической активности // Матер. докладов Междунар.
научно-практ. конф. «Экологическое нормирование, сертификация и паспортизация почв как научная основа рационального землепользования». – Москва, 30 сентября-1 октября 2010г. – Москва, 2010. – С. 89-91.