Филатов Д.А., Сваровская Л.И., Л.К. Алтунина
Институт химии нефти СО РАН, г. Томск, Россия
В полевых условиях исследовано влияние полиэтиленовых пленок с фотолюминесцентными свойствами на рост и оксигеназную активность микрофлоры загрязненных почв. Изучен стимулирующий эффект пленок на биоценоз нефтезагрязненных почв в концентрации 5 %. При этом численность основных групп аборигенной микрофлоры увеличивается на 2-3 порядка. Увеличение численности сопровождается повышением оксигеназной активности микроорганизмов. В конце опыта через 80 суток остаточное содержание нефти понижается на 96 %. Хроматографический анализ остаточных насыщенных углеводородов показал, что полностью элиминировали легкие углеводороды С9-С14, на 85-90 % уменьшилась концентрация углеводородов с большим молекулярным весом. При этом коэффициент биодеструкции углеводородов нефти, определяемый по отношению суммы н-алканов (С17 + С18) к сумме изоалканов (пристан+фитан), увеличивается в 4-5 раз.
Введение
В настоящее время существует десятки вариантов технологий рекультивации нефтезагрязненных почв, основанных на углеводородокисляющей активности микроорганизмов. При загрязнении почвы до 5 %-ной концентрации, применяются минеральные субстраты, стимулирующие рост и активность аборигенной углеводородокисляющей микрофлоры. За один вегетационный период деструкция достигает 50-70 %. В условиях Западной Сибири и Крайнего Севера результат, прежде всего, зависит от температурного режима, лимитирующего деятельность микрофлоры,
Для удлинения вегетационного периода и улучшения температурного режима почвы, в условиях закрытого грунта, широко применяются полиэтиленовые пленки высокого давления (ПЭВД). В настоящее время разработаны светокорректирующие пленки с фотолюминесцентными добавками. В качестве добавок используют изоморфные кристаллы комплексного соединения нитрата европия и нитрата лантана с фенантролином. Влияние пленок на развитие растений связывается с закономерным изменением количественного и качественного состава проходящего через них электромагнитного излучения солнца, т.е. типичными для физиологии растений процессами регуляции фотосинтеза [1]. Рядом авторов установлен факт увеличения продуктивности сельскохозяйственных культур (редька, капуста, огурцы) на 250-300 % при применении фотолюминесцентных пленок. Сроки выращивания растений при этом сокращаются на 10-15 суток [2].
Нами установлено, что фотолюминесцентные пленки стимулируют процессы жизнедеятельности почвенной микрофлоры, в том числе углеводородокисляющей. Результат достигается за счет полисветанового эффекта, представляющего собой преобразование коротковолновой составляющей электромагнитного излучения солнца в видимую и красную область спектра [3].
Условия эксперимента
Влияние фотолюминесцентных пленок на естественный биоценоз нефтезагрязненных почв изучали на примере трех основных групп микроорганизмов, принимающих активное участие в восстановлении плодородия: гетеротрофов, актиномицетов и микромицетов (грибковых культур). Почву загрязняли нефтью Лас-Еганского месторождения Западной Сибири в концентрации 50 г/кг почвы. Плотность нефти 0.864 г/см2 при 20 0С, вязкость 10 мПа×с. Полевой эксперимент проводили в течение 80 суток в лизиметрах — участках почвы, ограниченных деревянной рамкой (52х36 см). Почва дерново-подзолистая лесная. Опытные лизиметры с почвой закрывали подвижными рамками, затянутыми фотолюминесцентными пленками марки ФЕ и Л-50. Пленки отличаются типом люминофора и спектральным составом люминесцентного излучения. В качестве контроля использовали обычную не модифицированную пленку ПЭВД.
Динамику численности микрофлоры загрязненных почв определяли на протяжении всего эксперимента через определенные сутки. Пробы почвы отбирали в разных местах лизиметров, объединяли в одну и готовили водную вытяжку. Посев вытяжки проводили на агаризованные селективные среды методом предельных разведений [4]. Количество клеток пересчитывали на грамм почвы с учетом влажности.
В конце эксперимента содержание остаточной нефти определяли весовым способом. Навески загрязненной почвы из лизиметров помещали в аппарат Сокслета. Экстракцию нефти проводили хлороформом, который удаляли на роторном испарителе. Извлеченную нефть взвешивали на аналитических весах. Полученные величины сравнивали с контрольным вариантом и исходным загрязнением. Остаточное содержание индивидуальных углеводородов нефти определяли на газо-жидкостном хроматографе 3700 с пламенно-ионизационным детектором и капиллярной колонкой с неподвижной фазой SE 54 длиной 25 м. Анализ проводили с программированием температуры от 50 до 290 оС, газ-носитель гелий.
Результаты и обсуждения
На рисунке 1 показана динамика численности изучаемых групп микроорганизмов загрязненных почв в опытных и контрольных лизиметрах. Из рисунка следует, что применение фотолюминесцентных пленок увеличивает численность микроорганизмов на 2-3 порядка. В контрольном варианте, с применением обычной пленки ПЭВД, численность гетеротрофных микроорганизмов, актиномицетов и грибковых культур не превышала 60 - 80 млн клет/г.
Накопление биомассы сопровождалось значительным уменьшением остаточного содержания нефти в почве. Оценка процессов биодеструкции показала, что в контрольном варианте под пленкой ПЭВД утилизация нефти за 30 суток составила 30 %, через 80 суток-36 %. В опытных лизиметрах, под пленкой ФЕ за эти же сроки утилизировано 60 и 80 % нефти, загрязняющей почву. Применение люминесцентной пленки Л-50 еще более стимулировало процессы биодеструкции, в результате за 30 суток утилизировано 70 % нефти, за 80 суток – 97 % (рисунок 2). Это согласуется с динамикой изменения численности микрофлоры в зависимости от применяемых пленок.
Подтверждением эффективности применения фотолюминесцентных пленок для стимуляции роста и оксигеназной активности биоценоза нефтезагрязненных почв являются результаты хроматографического анализа углеводородов нефти исходного загрязнения и после контакта с микрофлорой (рисунок 3). На рисунке представлена гистограмма насыщенных ациклических углеводородов (н-алканов) нефти. Как следует из рисунка, анализ исходного загрязнения и остаточных углеводородов опытных образцов почвы показал значительные изменения в их содержании и составе.
 |
Рисунок 2 – Остаточное содержание углеводородов нефти в почве при использовании фотолюминесцентных пленок
Наблюдались глубокие изменения состава насыщенных алканов: полностью элиминировали парафины с длиной цепи С9-С14, на 85-90 % уменьшилось содержание углеводородов с длиной цепи С12-С28 (рисунок 3).
При этом коэффициент биодеструкции, определяемый
отношением суммы н-алканов (С17+С18) к сумме изоалканов
(пристан+фитан) увеличивается в 4-5 раз, по сравнению с контролем.
Рисунок 3 – Хроматографический анализ содержания н-алканов нефти исходного загрязнения и после контакта с микроорганизмами, выделенных из загрязненной нефтью почвы при использовании фотолюминесцентных пленок
Таким образом, процессы биодеградации нефтяных загрязнений в почве с применением фотолюминесцентных пленок ФЕ и Л-50 протекают в 5-6 раз быстрее, чем с обычной полиэтиленовой пленкой ПЭВД, что свидетельствует о значительном увеличении оксигеназной активности микроорганизмов.
Литература
1. Райда В.С. Поглощение УФ-излучения полиэтиленовыми пленками с добавками фотолюминофоров на основе соединений европия. /В.С. Райда, Е.О. Коваль, А.С. Минич, А.В. Акимов, Г.А. Толстиков //Пласт. массы. 2001. № 3. С 31-32.
2. Минич А.С. Биологическое тестирование светокорректирующих пленок в условиях закрытого грунта при выращивании белокочанной капусты / А.С. Минич, И.Б. Минич, В.С. Райда, Р.А. Карначук, Г.А. Толстиков //Сельскохозяйственная биология 2003.-№ 3.- С. 112-115.
3. Райда В.С. Исследования возбуждаемой солнечным излучением флуоресценции дисперсных фотолюминофоров на основе соединений европия и светокорректирующих полиэтиленовых пленок с их добавками /В.С. Райда, А.Е. Иваницкий, А.С. Минич, Г.А. Толстиков //Вестник ТГПУ. 2004. Вып. 6 (43). Серия: естественные и точные науки. С. 40-44.
4. Звягинцев Д.Г. Методы почвенной микробиологии и биохимии. – М.: Изд-во МГУ, 1991. – С. 231.