К вопросу использования методов биоремедиации при восстановлении нарушенных земель



В биогеохимическом воздействии нефти на почвы участвует множество углеводородных и неуглеводородных компонентов, в том числе минеральные соли и микроэлементы. Токсичные действия одних компонентов могут быть нейтрализованы присутствием других, поэтому токсичность нефти не определяется токсичностью отдельных соединений, входящих в ее состав. Необходимо оценивать последствия влияния комплекса соединений в целом. При нефтяном загрязнении тесно взаимодействуют три группы экологических факторов: сложность, уникальная поликомпонентность состава нефти, находящегося в процессе постоянного изменения; сложность, гетерогенность состава и структуры любой экосистемы, находящейся в процессе постоянного развития и изменения; многообразие и изменчивость внешних факторов, под воздействием которых находится экосистема: температура, давление, влажность, состояние атмосферы, гидросферы [5, 9].

Проблема восстановления почв, загрязненных нефтепродуктами чаще всего затруднена чрезвычайно высоким уровнем их загрязнения, препятствующим деятельности углеродоокисляющих бактерий и естественному самоочищению. В связи с этим в каждой конкретной ситуации, в зависимости от масштаба и характера распределения загрязнения, вырабатывается оптимальная восстановления. Лимитирующим климатическим фактором является влагообеспеченность.

Восстановление загрязненных нефтью земель — многоэтапный процесс, каждая стадия которого соответствует определенной последовательности естественной геохимической и биологической деструкции поступивших в почвы нефтяных углеводородов [3, 8].

Ускорить очистку почв от нефтезагрязнений можно помощью микроорганизмов двумя способами: активизацией метаболической активности естественной микрофлоры почв (аборигенной микрофлоры) путем изменения определенных физико-химических условий среды, применяя хорошо известные агротехнические приемы; интродукцией специально подобранных активных биодеструкторов загрязнений. Чаще всего эти способы применяются в комплексе.

В настоящее время можно выделить целую отрасль экологической биотехнологии, которая основывается на выделении и селекции активных штаммов нефтеокисляющих микроорганизмов, изучении их физико-биохимических свойств, разработке технологий производства и применения биопрепаратов на их основе.

Следует обратить внимание на разнообразие нефтепродуктов по химическому составу, а также климатических условий и других факторов окружающей среды (влажность, доступность источников фосфора, азота, калия, рН среды и др.), существенных для жизнедеятельности микроорганизмов-деструкторов. Это вызывает необходимость создания целого ряда биопрепаратов, содержащих комбинации штаммов — деструкторов, каждый член которых деградирует определенные компоненты нефти и нефтепродуктов, а вместе они осуществляют эффективную деградацию нефти и ее продуктов [2, 6].

На основе анализа путей ассимиляции компонентов нефтепродуктов отобраны и скомбинированы в биопрепараты различной направленности (нефть, мазут, дизельное топливо) наиболее активные штаммы.

Кислотность почвы играет важную роль в разложении нефтепродуктов. Значения РН, близкие к нейтральным, являются оптимальными для роста на углеводородах большинства микроорганизмов. Поэтому для создания оптимального РН почвы кислые почвы известкуют СаСО₃. Для почв, превратившихся в результате загрязнения нефтепродуктами в техногенные солончаки, рекомендуется гипсование, т. е. внесение гипса CaSO₄∙2H₂O [7, 10].

Стимулирующее действие на рост микроорганизмов в почве оказывает корневая система люцерны и других трав с разветвленной корневой системой (фитобиологическая интенсификация естественной деградации нефтепродуктов). В связи с этим посев в нефтезагрязненную почву люцерны (при содержании нефтепродукта до 3 г/кг почвы) и других трав способствует ускорению разложения углеводородов. Это объясняется тем, что своей развитой корневой системой они способствуют улучшению газовоздушного режима загрязненной почвы, обогащают ее азотом и биологически активными соединениями, выделяемыми корневой системой в процессе жизнедеятельности. В этой связи нельзя не учитывать возможность самих растений подвергать разложению различные классы нефтяных углеводородов — фитодетоксикация [1].

Все большее значение приобретает новый способ существенного ускорения разложения нефтепродуктов в почве — интродукция(внесение) специальных биодеструкторов. В последние годы этот способ оценивается как наиболее перспективный в силу эффективности, относительно невысокой стоимости, экологической чистоты и естественности для природы.

Большинство известных в настоящее время биопрепаратов имеют в своей основе нефтеокисляющие бактерии определенных штаммов. Однако, доказано, что внесение чужеродных бактерий угнетающе действует на местный биоценоз, что, в свою очередь, изменяет среду, хотя и способствует нейтрализации токсичных соединений. Поэтому современные биопрепараты готовятся на основе выделенных из загрязненной нефтепродуктами почвы (т. е. из местного биоценоза) и культивированных для дальнейшего применения при очистке данной почвы [4, 11].

Использование микроорганизмов для очистки почв находит все большее применение. При этом, в каждом конкретном случае используется сугубо эмпирический подход при подборе условий биоактивации или выборе культур для интродукции микроорганизмов в окружающую среду. Скорость деструкции нефтепродуктов зависит не только от вида микроорганизмов и субстрата, но и от влажности почвы и наличия микроэлементов, источников азота и фосфора, свободного кислорода, рН и буфферности среды, температуры. Поэтому при очистке почвы от нефтепродуктов биопрепараты применяют в комплексе с агротехническими мероприятиями. В зависимости от типа загрязнения, его концентрации и возможностей реализации процесса различают следующие варианты биовосстановления: осуществление агротехнических мероприятий без применения биопрепарата (до 5 г нефтепродукта на кг почвы); обработка почвы биопрепаратом в сочетании с агротехническими мероприятиями на месте загрязнения (примерно до 50 г нефтепродукта/кг почвы); выемка загрязненной почвы с последующей обработкой ее биопрепаратом в сочетании с агротехническими мероприятиями на специальных площадках или в биореакторах (более 50 г нефтепродукта/кг почвы). Биологические методы восстановления почв, загрязненных нефтепродуктами, считается наиболее перспективным методом их очистки.

Литература:

1. Гакаев Р. А., Багашева М. И. Условия почвообразования в Чеченской Республике. В сборнике: Экологические проблемы. Взгляд в будущее Сборник трудов VI Международной научно-практической конференции. 2010. С. 67–69.
2. Гаджиев Н. Г., Гакаев Р. А. Внедрение культурных фитоценозов с целью улучшения состояния нарушенных почв (на примере Чеченской Республики). В сборнике: Актуальные проблемы экологии и природопользования Сборник научных трудов. 2014. С. 227–230.
3. Гакаев Р. А. Нефтезагрязненные почвы Чеченской Республики: их современное состояние и перспективы оптимизации. В сборнике: Человек и окружающая среда: друзья или враги? Материалы Международной научной конференции. 2011. С. 7–9.
4. Гакаев Р. А., Гаджиев Н. Г. Восстановление севооборота на нефтезагрязненных землях Чеченской Республики. В сборнике: Экологический интеллект — 2013 Материалы VIII Международной научно-практической конференции молодых ученых. Днепропетровский национальный университет железнодорожного транспорта. 2013. С. 101–103.
5. Гакаев Р. А. Восстановление продуктивности земель подверженных негативному воздействию нефтекомплекса Чеченской Республики посадкой многолетних насаждений. В сборнике: Международная научная конференция, посвященная 500-летию армянского книгопечатания и 65-летию основания СНО ЕГУ Материалы Международной научной конференции, посвященной 500-летию армянского книгопечатания и 65-летию основания СНО ЕГУ. 2013. С. 89–92.
6. Гакаев Р. А. Экологические биотехнологии в восстановлении нефтезагрязненных почвенных экосистем. В сборнике: Природные и социальные экосистемы Материалы Всероссийской научно-практической конференции с международным участием. отв. редактор В. В. Алексеев. 2016. С. 28–32.
7. Локтионова Е. Г., Бармин А. Н., Пучков М. Ю., Иолин М. М., Байраков И. А., Автаева Т. А., Мантаев Х. З., Гакаев Р. А. Экологическая токсикология. Назрань, 2007.
8. Рашидов М. У., Гакаев Р. А. К вопросу взаимоотношения общества и природы в Чеченской Республике. Вопросы современной науки и практики. Университет им. В. И. Вернадского. 2007. Т. 2. № 3 (9). С. 146–149.
9. Мантаев Х. З., Гакаев Р. А. Влияние антропогенеза на почвообразовательные процессы г. Грозного. Вопросы современной науки и практики. Университет им. В. И. Вернадского. 2008. Т. 2. № 2. С. 186–193.
10. Основы системной экологии. Назрань, 2015.
11. Рашидов М. У., Гакаев Р. А. Проблемы оздоровления окружающей среды Чеченской Республики. В сборнике: Наука и устойчивое развитие общества. Наследие В. И. Вернадского Сборник материалов 2-й Международной заочной научно-практической конференции. 2007. С. 109–111.