Научный журнал
Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований

ISSN 1996-3955
ИФ РИНЦ = 0,580

БИОЛОГИЧЕСКАЯ РЕКУЛЬТИВАЦИЯ ПОЧВ, ЗАГРЯЗНЕННЫХ ОТРАБОТАННЫМ МАШИННЫМ МАСЛОМ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ДОЖДЕВЫХ ЧЕРВЕЙ EISENIA ANDREI И МИКРОБИОЛОГИЧЕСКОГО ПРЕПАРАТА «БАЙКАЛ-ЭМ»

Чачина С.Б. 1
1 ГОУ ВПО Омский государственный технический университет
Проведена оценка выживаемости дождевых червей в почве, загрязненной отработанным машинным маслом в количестве 20–100 г/кг в течение четырех месяцев и изучена эффективность биоремедиации маслозагрязненной почвы при использовании дождевых червей Eisenia andrei в присутствии микробиологического препарата Байкал-ЭМ.. Высокие показатели разложения отработанного масла отмечены в присутствии червей E. andrei. Причем содержание масла в почве в этом случае снижалось на 60–90 %. При содержании масла в почве в количестве 60–100 г/кг и введении в почву калифорнийских червей (Eisenia andrei) – в 12 раз. При внесении микробиологического препарата, содержащего бактерии, дрожжевые клетки и грибы, в дополнение калифорнийским червям, содержание масла в почве снижалось в 58 раз и составило 1,1 г/кг, т.е. эффективность рекультивации почвы в этом случае составляет 99,9 %.
загрязнение почвы
отработанное масло
дождевые черви
калифорнийский червь Eisenia andrei
биологическая рекультивация
Jacobo Rodriguez-Campos, Luc Dendooven, Dioselina Alvarez Bernal, Silvia Maribel Contreras-Ramos, Potential of earthworms to accelerate removal of organic contaminants from soil: A review Applied Soil Ecology 79 (2014) 10–25.
Geissen V., Gomez-Rivera P., Lwanga E., Mendoza R., Narcias A.T., Marcias E.B., 2008. Using earthworms to test the efficiency of remediation of oil-polluted soilin tropical Mexico. Ecotox. Environ. Saf. 71, 638–642.
Brown S.A.E., Simpson A.J., Simpson M.J., 2009. H-1NMR metabolomics of earth-worm responses to sub-lethal PAH exposure. Environ. Chem. 6, 432–440.
Brulle F., Morgan A.J., Cocquerelle C., Vandenbulcke F., 2010. Transcriptomicunderpinning of toxicant-mediated physiological function alterations in threeterrestrial invertebrate taxa. A review. Environ. Pollut. 158, 2793–2808.
Natal-Da-Luz T., Verweij L.I., Morais R.A., Van Velzen P.V., Sousa M.J.M., Van Ges-tel, J.P.C.A.M., 2012. Influence of earthworm activity on microbial communitiesrelated with the degradation of persistent pollutants. Environ. Toxicol. Chem.31, 794–803.
Buch A.C., Brown G.G., Niva C.C., Sautter K.D., Sousa J.P., 2013. Toxicity of threepesticides commonly used in Brazil to Pontoscolex corethrurus (Muller, 1857)and Eisenia andrei (Bouché 1972). Appl. Soil Ecol. 69, 32–38.

Дождевые черви могут ускорить процесс удаления загрязняющих веществ из почвы. Дождевые черви изменяют физические и химические свойства почвы, смешивая ее с органическим веществом, они улучшают аэрацию и делают загрязняющие вещества доступными для микроорганизмов. Присутствие дождевых червей в загрязненной почве указывают на то, что они могут выжить в широком спектре различных органических загрязнителей, таких, как полициклические ароматические углеводороды (Пау), полихлорированные бифенилы (Пхб), и нефть. [1].

Установлено, что дождевые черви могут сохраняют жизнеспособность при высокой концентрации загрязняющих веществ. Например, E. fetida выжил в почве, загрязненной нефтью 3500 мг/кг [2], а E. andrei при концентрации карбендазима 100 мг/кг, поэтому они могут быть использованы для ремедиации загрязненных почв, хотя выживание их зависит от продолжительности экспозиции, и метаболизма [3, 4]. 6. Natal-Da-Luz, 2012 сообщили о выживании червей в загрязненной почве, но о снижении их биомассы [5]. Удаление полициклических ароматических углеводородов (Пау) в почве отмечено в большинстве исследований и выживаемость дождевых червей не изменилась даже при высоких концентрациях загрязняющих веществ (< 100 мг/кг). В эксперименте отмечена высокая выживаемость червей E. andrei (87,5 %),но снижение веса на 17,3 % по сравнению с начальным весом дождевых червей.

Исследования показали, что внесение органического материала оказывало положительное влияние на выживаемость дождевых червей в загрязненных почвах, но отмечено снижение веса дождевых червей. Buch et al., 2013 отметил 90 % выживаемость Eisenia andrei при концентрации карбендазима в почве от 1 до 100 мг/кг и снижение веса на 60 % без добавления органического вещества [6].

Цель исследования: Оценка способности дождевых червей к ремедиации почв, загрязненных отработанным машинным маслом.

Нашей задачей является установление максимальной концентрации масел в почве, при которой сохраняется жизнедеятельность дождевых червей и сроки полной очистки почвы от нефтепродуктов.

Материалы и методы исследования

Тест-субстрат

Тест субстратом для трех экспериментов была луговая почва стерильна для лабораторных испытаний «Питательный грунт Живая Земля (Terra Vita) Универсальный» Содержание гумуса 46 %, pH 5,9-6,0 и емкость поглощения 28–40 мг-экв на 100 г почвы; азот (NH4 + NO3) – 150 мг/л, фосфор (P2O5) – 270 мг/л, калий (K2O) – 300 мг/л. Почва была загрязнена в эксперименте отработанным машинным маслом (начальные концентрации: 20 г/кг , конечные – 100 г/кг).

Виды дождевых червей

Калифорнийский червь Eisenia andrei

Красные калифорнийские черви способны переработать любую органику (навоз, кухонные отходы, осадки сточных вод, прошлогодняя листва, бумага и многое другое), очень быстро размножаются (в 100 раз быстрее, чем другие виды) и в 4 раза дольше живут по сравнению с дикими червями. Средняя масса червей составляла 0,5-0,9 гр.

Микробиологический препарат

В качестве источника молочнокислых, азотофиксирующих и фотосинтезирующих бактерий использовали биопрепарат «Байкал – Эм» (Изготовлен ООО «НПО ЭМ-Центр», Россия» ( Номер государственной регистрации 226-19,156-1) в количестве 5 мл на 1 кг субстрата при уровне загрязнения нефтепродуктами выше 50 г/кг почвы. Биопрепарат содержит большое количество анабиотических микроорганизмов, обитающих в почве: молочнокислые, азотфиксирующие, нитрифицирующие бактерии, актиномицеты, дрожжи и ферментирующие грибы.

Методики анализа содержания в почве нефтепродуктов и органических веществ

Отбор проб почвы для анализа содержания нефтепродуктов и органических веществ проводили по ГОСТ 28168, ГОСТ 17.4.3.01 и ГОСТ 17.4.4.02. Почву размалывали в ступке. Из размолотой почвы отбирали пробу массой 3 – 5 г и дополнительно измельчали до размера частиц менее 0,3 мм и просеивали через сито с размерами ячеек 0,25 мм. Для определения содержания нефти или нефтепродуктов в почве была использована методика, предложенная институтом экспериментальной метрологии (ссылка). Данный метод основан на экстракции нефтепродуктов из почвы четыреххлористым углеродом с одновременной очисткой элюатов на окиси алюминия в хроматографической колонке. Концентрацию нефтепродуктов в элюате определяли методом ИК-спектрофотометрии на анализаторе нефтепродуктов ИКН-025 при длине волны 3,4 мкм.

Протоколы испытаний

Исследования проводились в течение 4 месяцев. В полипропиленовые сосуды, объемом 2 литра, на дно укладывали дренаж. Затем засыпали слой почвы толщиной 15 см (1 кг). В каждый вариант вносили по 10 половозрелых червей в каждый сосуд и поливали дистиллированной водой 1 раз в неделю по 100 мл. Червей подкармливали свежим тертым картофелем 1 раз в неделю по 5 гр. и увлажняли почву 2 раза в неделю по 100 мл дистиллированной воды. Разбор червей проводили через 14 дней вручную послойно. Червей инкубировали при температуре + 15 °С в течение 4 месяцев. Процесс контролировали по следующим показателям: численность общая, численность половозрелых особей, Полученные результаты были обработаны с использованием рангового метода Фридмана. Протоколы испытаний представлены в таблице.

Результаты исследования и их обсуждение

Калифорнийский червь показал высокую устойчивость к загрязнению почвы машинным маслом. При внесении концентраций масла от 20 до 60 г/кг отмечалась 100 % выживаемость червей. Внесение микробиологического препарата при высоких концентрациях масла более 50 г/кг снизило выживаемость до 46–70 % калифорнийского червя. В контрольном варианте и при внесении микробиологического препарата выживаемость червей составила 100 %.

Общая численность E. andrei. В контрольном варианте общая численность составила 78 экз./сосуд, а при внесении микробиологического препарата возросла до 275 экз./сосуд. В варианте с концентрацией масла 20 г/кг общая численность увеличилась в 6,7 раз, а при внесении микробиологического препарата в 3,8 раза. При концентрации масла 40 г/кг, общая численность увеличилась в 3 раза, как при внесении микробиологического препарата, так и без него. При внесении в почву 60–100 г/кг масла общая численность увеличилась в 1,5–3 раза, как при внесении микробиологического препарата так и без него.

Общая продуктивность E. andrei.

Максимальная общая продуктивность 17–18 коконов/сосуд отмечена в контрольном варианте, при внесении микробиологического препарата и при внесении низких концентраций масла 20–40 г/кг. Увеличение концентрации масла оказывало токсический эффект на E. andrei и снижало откладку коконов, причем внесение микробиологического препарата усиливало токсический эффект.

Индивидуальная продуктивность E. andrei

Максимальная индивидуальная продуктивность 1,6–1,7 коконов на червя отмечена в контрольном варианте, при внесении микробиологического препарата и при внесении низких концентраций масла 20–40 г/кг. Увеличение концентрации снижало откладку коконов до 1,06 при концентрации 60 г/кг, а при внесении микробиологического препарата до 0,6 и при концентрации 80 г/кг – 0,35, а с микробиологическим препаратом до 0,23 коконов на червя.

Выживаемость, общая численность, общая продуктивность и индивидуальная продуктивность дождевых червей при различных концентрациях отработанного масла в почве. Протоколы испытаний

Выживаемость %

Общая численность

Общая продуктивность

Индивидуальная продуктивность

1

контроль

100

78

17,1

1,6

2

Микробиологический препарат

100

275,6

16,66

1,7

3

почва, загрязненная маслом 20 г/кг

100

67,33

18,33

1,61

4

почва, загрязненная маслом 20 г/кг и микробиологический препарат

100

38,33

16,66

0,49

5

почва, загрязненная маслом 40 г/кг

100

31,66

15,00

1,36

6

почва, загрязненная маслом 40 г/кг и микробиологический препарат

100

38,66

17,33

1,62

7

почва, загрязненная маслом 60 г/кг

90

18,00

7,00

1,05

8

почва, загрязненная маслом 60 г/кг и микробиологический препарат

66

17,33

5,33

0,61

9

почва, загрязненная маслом 80 г/кг

90

29,66

13,33

0,35

10

почва, загрязненная маслом 80 г/кг и микробиологический препарат

46

27,33

11,66

0,23

11

почва, загрязненная маслом 100 г/кг

70

15,00

7,00

1,4

12

почва, загрязненная маслом 100 г/кг и микробиологический препарат

70

20,66

8,00

1,09

Ранговый ДА и конкордация Кендалла

0,81

0,73

0,67

cacin1.tif

Рис. 1. Общая численность E. andrei

cacin2.tif

Рис. 2. Изменение общей численности E. andrei при культивировании в почвах, загрязненных отработанным автомобильным маслом(p < 0,05) (с указанием величины абсолютной погрешности с достоверностью 95 %). Цифры от1 до 12 соответствуют вариантам эксперимента 1, указаны в таблице

cacin3.tif

Рис. 3

В контрольном образце (обр. 1) без внесения биопрепарата «Байкал – Эм-1» общая численность E. andrei увеличилась в 7,8 раз (p < 0,001) и достигла 78 особи в одном образце, (относительная погрешность составила 10–20 %, рис. 2, а) а при внесении микробиологического препарата «Байкал Эм-1» общая численность червей возросла в 28 раз и составила 275 особи (относительная погрешность составила от 5 до 10 %). При введении в состав почвы 20 г/кг отработанного автомобильного масла (обр. 3 и 4) общая численность червей увеличилась в 6 раз и достигла 67 особей (относительная погрешность составила 20–40 %), а при внесении биопрепарата «Байкал – Эм-1» – 38 особей(относительная погрешность составила 10 %). При внесении отработанного автомобильного масла 40 г/кг, общая численность червей увеличилась в 3 раза, а при внесении биопрепарата «Байкал – Эм-1» при том же содержании масла (обр. 6) в 4 раза (относительная погрешность 20 %) (p < 0,05).

При внесении в почву 60–100 г/кг отработанного автомобильного масла отмечалась 90 % выживаемость червей, а при внесении микробиологического препарата «Байкал Эм-1» выживаемость снизилась до 66 %. Для образцов 8, 10, 12 содержание отработанного автомобильного масла в каждом образце составляло 60–100 г/кг (p < 0,05). Общая численность в варианте 8, при внесении отработанного автомобильного масла 60 г/кг увеличилась в 1,8 раз и составляла 18 особей на сосуд (рис. 1) (относительная погрешность составила 25 %) (p < 0,05). В варианте с концентрацией отработанного автомобильного масла 80 г/кг общая численность навозных червей увеличилась в 3 раза (относительная погрешность 40 %) (p < 0,05). А при внесении отработанного автомобильного масла 100 г/кг общая численность навозных червей увеличилась в 2 раза (относительная погрешность 50 %) (p < 0,05).

Разложение углеводородов отработанного масла

При внесении низких концентраций масла 20 г/кг эффективность разложения 90 % (0,8 г/кг), а при внесении микробиологического препарата «Байкал-Эм» – 92 % (1,62 г/кг). При внесении масла в почву 40 г/кг в варианте с калифорнийским червем концентрация масла снизилась до 0,8 г/кг (эффективность 99 %), а при внесении микробиологического препарата эффективность разложения углеводородов составила 96 % (1,7 г/кг). При внесении масла в почву 60 г/кг в варианте с навозным червем концентрация снизилась до 10,8 г/кг, эффективность – 81 %, а при внесении микробиологического препарата эффективность составила 99 % (1,1 г/кг). При внесении масла в почву 80 г/кг в варианте с навозным и калифорнийским червем концентрация снизилась до 18,1 г/кг, эффективность – 77 %, а при внесении микробиологического препарата содержание масла снизилось до 4,7 г/кг (эффективность 94 %). При концентрации масла 100 г/кг в варианте с навозным червем концентрация масла снизилась до 5,7 г/кг, эффективность 94 %, а при внесении микробиологического препарата содержание масла снизилось до 31,7 г/кг (эффективность 68 %).

Заключение

В нашем исследовании отмечена высокая выживаемость дождевых червей до 100 % при низких концентрациях отработанного масла до 50 гр/кг. Низкие концентрации масла 20–40 г/кг оказывают стимулирующее влияние на все виды дождевых червей, стимулируя откладку коконов. Внесение микробиологического препарата снижало выживаемость и репродуктивный потенциал E. andrei до 70 %.

Наиболее устойчивым к загрязнению почвы отработанным машинным маслом оказался E. andrei. При внесении различных концентраций масла отмечался значительный рост численности в 3 раза. При внесении концентраций масла от 20 до 80 г/кг отмечалась 100 % выживаемость E. andrei и стабильный рост численности червей, при концентрации масла 100 г/кг выживаемость составила 70 %. Эффективность и скорость деградации масла зависит от концентрации его в почве. При внесении низких концентраций отработанного масла 20–40 г/кг почвы процесс рекультивации занимал 4 месяца, в ходе которого концентрация углеводородов снижалась на 97-99 %. Внесение микробиологического препарата оказывало существенное влияние на процесс деградации масла. В процессе вермикультивирования содержание масла снижалось на 60–90 %.


Библиографическая ссылка

Чачина С.Б. БИОЛОГИЧЕСКАЯ РЕКУЛЬТИВАЦИЯ ПОЧВ, ЗАГРЯЗНЕННЫХ ОТРАБОТАННЫМ МАШИННЫМ МАСЛОМ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ДОЖДЕВЫХ ЧЕРВЕЙ EISENIA ANDREI И МИКРОБИОЛОГИЧЕСКОГО ПРЕПАРАТА «БАЙКАЛ-ЭМ» // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. – 2015. – № 11-1. – С. 65-69;
URL: http://www.applied-research.ru/ru/article/view?id=7674 (дата обращения: 26.02.2021).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074