Более перспективным методом рекультивации нефтезагрязненых почв является метод биоремедиации, основанный на использовании микроорганизмов, способных утилизировать углеводороды в процессе своей жизнедеятельности [6]. Как показали исследования последних лет, более высокая эффективность биоремедиации почвы может быть достигнута при введении в загрязненную почву дождевых червей, т.е. при использовании в этом случае метода вермиремедиации [3]. Дождевые черви ускоряют процесс удаления загрязняющих веществ из почвы и изменяют физические и химические свойства почвы, смешивая ее с органическим веществом и улучшая аэрацию почвы, что делают загрязняющие вещества доступными для микроорганизмов.

Schaefer и соавт. исследовали влияние дождевых червей 3 видов (L. terrestris, Allolobophora chlorotica и E. fetida) на микробное сообщество почвы, загрязненной нефтью (10 000 мг/кг) в течение 28 дней. Показано, что в процессе эксперимента концентрация микробной биомассы повышалась и наблюдались изменения таксономических групп микроорганизмов. Концентрация углеводородов при этом снижалась: на 30-42 % в образцах с L. terrestris, на 31-37 % в образцах с E. fetida и на 17-18 % в образцах с А. chlorotica (в контрольных образцах снижение содержания углеводородов составляло 9-17 %) [5].

Было установлено, что Lumbricus terrestris и E. fetida выживают в почве, загрязненной сырой нефтью с концентрацией 5 г/кг в течение 15 дней. При увеличении содержания сырой нефти в почве до 15 г/кг, выживаемость E. fetida в течение 15 дней снижалась на 40 % [4].

Whiteld Aslund и соавт. отмечают, что при содержании нефти в почве, превышающем 0,5-25,0 г/кг, смертность дождевых червей E. fetida не превышает 10 %, однако при этом фиксируется нарушение их репродуктивной функции [1].

Eom, I.C. и соавт. изучали выживаемость E. fetida при внесении в почву нефти в количестве 2,6-2,8 г/кг. Выживаемость дождевых червей E. fetida в нефтезагрязненной почве составляла 18 % в течение 28 дней нахождения в почве и 8 % – в течение 56 дней. Причем авторами отмечено, что жизнеспособность молодых червей была выше, чем жизнеспособность взрослых червей и составляла 74 % после нахождения в нефтезагрязненной почве в течение 56 дней [2].

Таким образом, проведенный анализ литературы показывает, что использование дождевых червей E. fetida для биоремедиации нефтезагрязненных почв, при содержании углеводородов в почве не более 4 г/кг, является эффективным приемом. Учитывая вышеизложенное, задачей настоящего исследования было изучение эффективности биоремедиации нефтезагрязненной почвы при использовании дождевых червей E. fetida в присутствии биопрепаратов «Байкал ЭМ 1» и «Тамир» в почве, загрязненной различными концентрациями масла (от 40 г/кг до 100 г/кг).

Материалы и методы исследования

Виды дождевых червей

Для проведения вермирмедиации загрязненной маслом почвы были выбраны дождевые (навозные) черви Eisenia fetida (Savigny, 1826). В эксперименте использовались только половозрелые особи. Взрослые особи были приобретены в ЛПХ Ермак (Россия, г. Саратов). Средняя масса червей составляла 0,41-0,92 г. Взрослые особи были приобретены в ЛПХ Ермак (Россия, г. Саратов).

Микробиологический препарат

В качестве источника молочнокислых, азотофиксирующих бактерий использовали биопрепарат «Байкал ЭМ 1» (изготовлен ООО «НПО ЭМ-Центр», Россия (номер государственной регистрации 226-19.156-1)), биопрепарт «Тамир» (изготовлен ООО «НПО ЭМ-Центр», Россия (номер государственной регистрации 77.01.03.929)), в количестве 5 мл на 1 кг субстрата при уровне загрязнения нефтепродуктами свыше 40 г/кг почвы. Биопрепараты содержат большое количество микроорганизмов, обитающих в почве: молочнокислые, азотфиксирующие, нитрифицирующие бактерии, актиномицеты, дрожжи и ферментирующие грибы.

Применение ЭМ-препаратов позволяет решать проблемы загрязнения окружающей среды и других негативных последствий индустриализации естественными методами. ЭМ-препараты существенно улучшают экологическое состояние биосферы.

Почвенный субстрат

Тест-субстратом для трех экспериментов была черноземная почва ЗАО «СибНИИСхоз». Почва была загрязнена в эксперименте маслом (минимальная концентрация – 40 г/кг, максимальная – 100 г/кг).

Состав субстрата: содержание гумуса – 6,5 %, азот общий – 0,3 %, фосфор валовый – 1980 мг/кг, фосфор подвижный – 92 мг/кг, калий обменный – 420 г/кг, рН – 6,45.

Всего было подготовлено 2 серии образцов загрязненных почв.

В образцах серии 1, для получения образцов загрязненных почв, в почву было добавлено отработанное машинное масло, в количестве 40–100 г/кг черви E. fetida и микробиологический препарат «Байкал ЭМ 1».

В образцах серии 2, для получения образцов загрязненных почв, в почву было внесено отработанное машинное масло, в количестве 40–100 г/кг черви E. fetida и микробиологический препарат «Тамир».

Подготовка образцов почвы

В полипропиленовые емкости объемом 2 литра на дно укладывали дренаж. В качестве дренажа использовался керамзит с диаметром частиц 2 см, на дренаж насыпали слой почвы толщиной 15 см (1 кг). В каждую емкость вносили по 10 половозрелых червей. На протяжении всего эксперимента почву увлажняли один раз в неделю, добавляя в каждую емкость по 100 мл дистиллированной воды. Сосуды с почвой накрывали хлопчатобумажной тканью. Червей подкармливали свежим тертым картофелем по 5 г 1 раз в неделю. Червей инкубировали при температуре 15 °С в течение 5 месяцев. Инкубирование экспериментальных образцов загрязненных почв с введенными червями и добавлением микробиологического препарата, а также контрольных образцов почвы проводилось в течение 7 месяцев – c ноября 2014 г. по май 2015 г.

Определение содержания нефтепродуктов и органических веществ в загрязненных инкубированных почвах.

Отбор проб из образцов почвы, загрязненных нефтепродуктами, для анализа содержания нефтепродуктов и органических веществ в образцах проводили по ГОСТ Р 54039-2010. Качество почв.

Экспресс-метод спектроскопии в ближней инфракрасной области для определения содержания нефтепродуктов.

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 нефтепродуктов в почве была использована методика, предложенная институтом экспериментальной метрологии. Данная методика основана на определении количества углеводородов, экстрагированных четыреххлористым углеродом из загрязненной почвы. Полученный элюат заливали в кювету ИК-спектрофотометра ИКН-025 и определяли количество нефтепродуктов в элюате при длине волны 3,42 мкм.

Полученные результаты были обработаны с использованием рангового метода Фишера с использованием лицензионной программы «Статистика».

Результаты исследования и их обсуждение

Изменение количества червей при внесении различных концентраций масла.

Общая численность E. fetida и микробиологический препарат «Байкал ЭМ 1».

В контрольном варианте общая численность E. fetida увеличилась в 2 раза, а при внесении биопрепарата «Байкал ЭМ 1» в 4,8 раза. В варианте с концентрацией масла 40 г/кг и биопрепаратом выживаемость червей была 80 %, и общая численность составила 7,6 экз/сосуд. При внесении в почву 60 г/кг масла выживаемость червей на 8 неделе исследования составила 60 %, и общая численность составила 6 экз/сосуд. При внесении в почву 80 г/кг масла выживаемость червей на 8 неделе исследования составила 50 %, и общая численность составила 4.6 экз/сосуд. А при концентрации масла 100 г/кг выживаемость на 6 неделе составила 30 %.

Общая численность E. fetida и микробиологический препарат «Тамир».

В контрольном варианте общая численность E. fetida увеличилась в 2 раза, а при внесении биопрепарата «Тамир» в 3,6 раз. В варианте с концентрацией масла 40 г/кг и биопрепаратом выживаемость червей составила 50 % на 16 неделе исследования, и общая численность составила 7,6 экз/сосуд. В варианте с концентрацией масла 60 г/кг и биопрепаратом выживаемость червей составила 30 % на 14 неделе исследования, и общая численность составила 4 экз/сосуд, а затем все черви погибли. В варианте с концентрацией мсала 60 г/кг и биопрепаратом выживаемость червей составила 20 % на 16 неделе исследования и общая численность составила 2,6 экз/сосуд. А при концентрации масла 100 г/кг выживаемость на 6 неделе составила 20 %, но через 8 недель все черви погибали.

Разложение углеводородов нефтепродуктов

Изменение общей численности E. fetida в процессе инкубирования загрязненных маслом почв с использованием микробиологических препаратов через 18 недель инкубирования