CC BY
1Бюллетень науки и практики /Bulletin of Science and Practice Т. 10. №11 2024
https://www.bulletennauki.ru https://doi.org/10.33619/2414-2948/108
СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫЕ НАУКИ/AGRICULTURAL SCIENCES
УДК 631.4 https://doi.org/10.33619/2414-2948/108/36
AGRIS P01
ПРОБЛЕМА ЗАГРЯЗНЕНИЯ ПОЧВЕННОГО ПОКРОВА УГЛЕВОДОРОДАМИ НЕФТИ И ПУТИ УЛУЧШЕНИЯ ИХ ЭКОЛОГИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ
©Наджафова С. И., ORCID: 0000-0002-8190-4006, SPIN-код: 9930-5447, д-р биол. наук, Институт микробиологии Министерства науки и образования, г. Баку, Азербайджан, [email protected]
©Гасымова А. С., ORCID: 0000-0002-3339-0733, SPIN-код: 9934-9398, канд. биол. наук, Институт микробиологии Министерства науки и образования, г. Баку, Азербайджан, [email protected] ©Исмаилов Н. М., ORCID: 0000-0003-3438-7648, д-р биол. наук, Институт микробиологии Министерства науки и образования, г. Баку, Азербайджан, [email protected] ©Байрам К. Х., канд. биол. наук, Институт микробиологии Министерства науки и образования, г. Баку, Азербайджан, [email protected]
THE PROBLEM OF POLLUTION OF SOIL COVER WITH OIL HYDROCARBONS AND WAYS TO IMPROVE THEIR ECOLOGICAL STATE
©Nadjafova S., ORCID: 0000-0002-8190-4006, SPIN code: 9930-5447, Dr. habil., Institute of Microbiology of the Ministry of Science and Education, Baku, Azerbaijan, [email protected] ©Gasimova А., ORCID: 0000-0002-3339-0733, SPIN-code: 9934-9398, Ph.D., Institute of Microbiology of the Ministry of Science and Education of the Republic of Azerbaijan,
Baku, Azerbaijan, [email protected] ©Ismaylov N., ORCID: 0000-0003-3438-7648, Dr. habil., Institute of Microbiology of the Ministry of Science and Education, Baku, Azerbaijan, [email protected] ©Bayram K., Ph.D., Institute of Microbiology of the Ministry of Science and Education,
Baku, Azerbaijan, [email protected]
Аннотация. Статья посвящена изучению биогенности и самоочищающей способности сероземнолуговых почв Сиазаньского района, загрязненных нефтяными углеводородами и поиску путей оптимизации экологической ситуации. Представлены результаты лабораторного моделирования интенсификации процессов самоочищения путем внесения различных добавок и биопрепарата. Результаты показали, что внесение в загрязненную почву мелиорантов, как отдельно, так и совместно в модельном эксперименте способствовало снижению содержания нефтяных углеводородов в почве на 17-62% по сравнению с контролем и увеличению общей биогенности почв. Эти биотехнологии можно использовать в биоремедиации нефтезагрязненных почв, что позволит снизить экологическую нагрузку на почвенный покров территорий с промышленной ориентацией
Abstract. The article is devoted to the study of biogenesity and self-purification capacity of gray meadow soils of the Siyazan district contaminated with oil hydrocarbons and the search for ways to optimize the environmental situation. The results of laboratory modeling of the intensification of self-purification processes by introducing various additives and biopreparation are presented. The results showed that the introduction of ameliorants into contaminated soil both
Бюллетень науки и практики /Bulletin of Science and Practice Т. 10. №11 2024
https://www.bulletennauki.ru https://doi.org/10.33619/2414-2948/108
separately and together in a model experiment contributed to a decrease in the content of oil hydrocarbons in the soil by 17-62% compared to the control and an increase in the total biogenesity of soils. These biotechnologies can be used in bioremediation of oil-contaminated soils, which will reduce the environmental load on the soil cover of industrially oriented territories.
Ключевые слова: почва, нефтяное загрязнение, микроорганизмы, биотехнологии, самоочищение.
Keywords: soil, oil pollution, microorganisms, biotechnologies, self-purification.
Азербайджан еще со средних веков известен своими нефтяными богатствами, к сожалению, на всех этапах нефтяного бизнеса: разведки, добычи, транспортировки, хранения и переработки нефти происходит процесс загрязнения окружающей среды. Особенно остра проблема загрязнения земель нефтью и нефтепродуктами в местах добычи нефти [1-5].
Одним из таких территорий являются почвы Сиязанского района, которые уже многие десятилетия загрязнены нефтью и нефтепродуктами. Сиязанский район расположен на северо-восточном склоне Большого Кавказа, в Самур-Дивичинской низменности, на берегу Каспийского моря. Загрязненные территории составляют более 10 000 га, из которых 7 400 га составляют сельскохозяйственные угодья. В настоящее время в очистке нефтезагрязненных почв широко используют биотехнологии, основанные на способности микроорганизмов использовать нефть и нефтепродукты. При этом деструкторами может выступать аборигенная микрофлора, сохранившаяся в загрязненной почве, или специально вносимые в виде биопрепарата культуры активных микроорганизмов-деструкторов нефтяных загрязнений [6, 7].
Последний вариант биотехнологии наиболее востребован, и имеются различные биопрепараты, основу которых составляют моно- или ассоциации культур микроорганизмов [8-12].
Проблема биогенности почв, с которой нераздельно связаны такие свойства почв, как плодородие и самоочищение особенно актуальна для территорий с промышленной ориентацией. Цель работы: изучение закономерностей изменения почвенной микрофлоры на территории нефтяного месторождения «Сиязаньнефть» в условиях интенсивного антропогенного воздействия и поиска путей оптимизации экологической ситуации.
Объекты и методы
Объект исследования — сероземно-луговые почвы Сиязанского района. Отбор проб почвы выполняли по принципу «конверта» в стерильный пакет [13].
В ходе исследования были определены общая численность микроорганизмов (МО), а также численности углеводородокисляющих (УОМ) и целлюлозаразлагающих микроорганизмов. Общую численность гетеротрофных микроорганизмов определяли на МПА [14].
Численность углеводородокисляющих микроорганизмов определяли на агаризованной среде Раймонда с добавлением в качестве единственного источника углерода и энергии н-гексадекана, целлюлозаразлагающих микроорганизмов - на среде Гетчинсона с добавлением целлюлозного порошка. Дыхание почв определяли по интенсивности продуцирования углекислого газа [15].
Модельный эксперимент проводили в лабораторных условиях: почву инкубировали в вегетационных сосудах с внесением в них в различных модификациях опилки, навоз и
Бюллетень науки и практики /Bulletin of Science and Practice Т. 10. №11 2024
https://www.bulletennauki.ru https://doi.org/10.33619/2414-2948/108
биопрепарат, при поддержании температуры при 220С и поддержании степени влажности на уровне 50-60% от полной полевой влагоемкости
Анализ остаточного содержания нефти в почве проводили гравиметрическим методом в аппарате Сокслета после экстракции смесью растворителя гексан: хлороформ (1:1об.%) [16].
Результаты и их обсуждение В исследуемых образцах содержание углеводородов составляло 24,02 г/кг почвы, и это при том, что фоновый показатель, принятый в Азербайджане составляет 0,1 г углеводородов на кг почвы. Результаты показали, что микроорганизмы по-разному реагируют на содержание углеводородов в почве, так в исследуемых почвах по сравнению с контролем наблюдается снижение общей численности и повышение численности углеводородокисляющих микроорганизмов (Рисунок).
L.
Ы
о
н о о
<и Ч о
ел -J
Сероземно-луговая Контроль
Общая численность Численность УОМ Численность ЦРМ МО
8
7
6
5
4
3
2
1
0
Рисунок. Численность микроорганизмов в нефтезагрязненной сероземно-луговой почве
Наблюдалось почти полное подавление активности целлюлозоразлагающих микроорганизмов в загрязненных почвах по сравнению с контролем. Причинами снижения численности этой группы микроорганизмов, наряду с загрязнением почв поллютантами является также и низкое содержание растительных остатков по сравнению с чистой почвой. Вероятно, чувствительные к нефти микроорганизмы погибают, в то время как резистентные формы активно развиваются. Все это свидетельствует о негативном воздействии нефтезагрязнения. Для оптимизации экологических функций исследуемой почвы был поставлен модельный эксперимент в 5 вариантах в течение 6 месяцев.
При применении различных добавок и биопрепарата в ходе эксперимента проведено изучение их комплексного влияния на разложение углеводородов и биогенность нефтезагрязненных почв. В качестве биодобавок использовали древесные опилки, навоз и биопрепарат «Ферми-старт».
Древесные опилки (размером до 0,2-0,3 мм) использовали для улучшения структуры и физико-химических свойств загрязненной почвы - повышая её пористость и улучшая степень аэрируемости почв можно положительно воздействовать на рост и развитие аэробных нефтеокисляющих микроорганизмов.
Бюллетень науки и практики / Bulletin of Science and Practice Т. 10. №11 2024
https://www.bulletennauki.ru https://doi.org/10.33619/2414-2948/108
Навоз — это органический материал, являющийся источником разнообразных микроорганизмов, способных разлагать самые различные субстраты.
Биопрепарат Фермистарт относится к группе эффективных микроорганизмов, в его состав входят фотосинтезирующие, молочнокислые, азотфиксирующие бактерии, а также консорциум микроорганизмов из группы дрожжевых грибов, и актиномицетов. Минимальное содержание микроорганизмов — 1-108 КОЕ.
Схема опыта:
1. вариант - исследуемая почва
2. вариант - почва +опилки
3. вариант - почва +ферми-старт
4. вариант - почва+ ферми-старт +опилки
5. вариант - почва ++ферми-старт +навоз
Через 6 месяцев во всех вариантах определяли содержание остаточных углеводородов, общую численность микроорганизмов и численность нефтеокисляющих и целлюлозаразлагающих микроорганизмов. Результаты представлены в Таблице.
Таблица
ОБЩАЯ ЧИСЛЕННОСТЬ МИКРООРГАНИЗМОВ И СОДЕРЖАНИЕ ОСТАТОЧНЫХ УГЛЕВОДОРОДОВ (до и после экспериментов)
Почвы Численность до эксперимента, КОЕ/г почвы СОУ, г/кг
Общая ЦРМ УОМ почвы
численность
Контроль 7,9 х 106 5,8 х 104 1,3 х 104 -
Сероземнолуговые 2,2 х 105 21 2,0 х 105 24,2
Варианты через 6 месяцев
1. Исследуемая почва 3,4 х 105 22 2,8 х 105 23,8
2. Почва +опилки 3,2 х 106 2,2 х 102 3,4 х 106 20,2
3. Почва +фермистарт 5,1 х 107 2,5 х 102 5,7 х 106 15,2
4. Почва+фермистарт +опилки 7,2 х 108 4,9 х 104 7,2 х 108 9,3
5. Почва+фермистарт +навоз 1,5 х 108 4,2 х 103 1,5 х 108 11
Примечание: СОУ - содержание общих углеводородов
Результаты показали, что через 6 месяцев во всех вариантах модельного эксперимента увеличивается общая численность гетеротрофных микроорганизмов в почвах (ОЧМ), что свидетельствует о повышении активности микроорганизмов в почве и формировании благоприятных условий для их деятельности. При этом начиная с 3 варианта численность микроорганизмов превышает соответствующий показатель в чистых почвах — в контроле (7,9 х 106 КОЕ/г почвы).
Наилучший результат был зафиксирован в 4 варианте, который можно рассматривать как наиболее эффективный, так как создается возможность комплексного влияния на почву — разлагать углеводороды и повышать биологические функции нефтезагрязненных почв. Внесение биопрепарата в почву с древесными опилками способствовало увеличению численности целлюлозоразлагающих и углеводородокисляющих микроорганизмов, в результате чего снизилось содержание углеводородов в почве.
Выводы
Под воздействием нефтяного загрязнения, по сравнению с контролем, в исследуемых почвах снижается ОЧМ микроорганизмов. Наблюдалось также почти полное подавление
Бюллетень науки и практики / Bulletin of Science and Practice Т. 10. №11 2024
https://www.bulletennauki.ru https://doi.org/10.33619/2414-2948/108
активности целлюлозоразлагающих микроорганизмов в загрязненных почвах, на фоне увеличения численности углеводородразлагающих микроорганизмов.
Внесение в загрязненную почву мелиорантов: микробного биопрепарата и растительных отходов как отдельно, так и совместно в модельном эксперименте способствовало увеличению общей биогенности почв, с которой нераздельно связаны такие свойства почв, как плодородие и самоочищение, а также снижению содержания общих углеводородов в почве на 17-62% по сравнению с контролем.
Разработанные биотехнологии можно рассматривать как возможность комплексного влияния на почву — активизировать процессы самоочищения нефтезагрязненных почв от углеводородов и повышению общей их биогенности, что, в конечном счете улучшит экологическое состояние региона.
Список литературы:
1. Наджафова С. И. Почвенный покров г. Баку и пути восстановления его биологических свойст // Труды Института геологии Дагестанского научного центра РАН. 2016. №67. С. 81-83.
2. Мамедов М. Х. О. Эколого-географическая оценка состояния загрязнённых земель на территории староосвоенных месторождений в Апшеронском экономическом районе Азербайджана // Географический вестник. 2015. №1 (32). С. 61-72.
3. Исмаилов Н. М., Наджафова С. И., Гасымова А. С. Биоэкокластерные комплексы для решения экологических, производственных и социальных проблем (на примере Азербайджана). М.: Инфра-М, 2020. 258 с.
4. Ismailov N. M., Nadjafova S. I. Experience in assessing environmental risks of main oil pipelines in Azerbaijan through the prism of soil biogeoresistance to crude oil pollution // Moscow University Soil Science Bulletin. 2022. V. 77. №3. P. 196-202. https://doi.org/10.3103/S014768742203005X
5. Гасымова А. С., Гасанова З. П. Природные факторы, определяющие самоочищающую способность Апшеронского промышленного региона // Актуальные проблемы землеустройства, кадастра и природообустройства. 2020. С. 401-409.
6. Chernov T. I., Semenov M. V. Management of soil microbial communities: opportunities and prospects (a Review) // Eurasian soil science. 2021. V. 54. P. 1888-1902. https://doi.org/10.1134/S1064229321120024
7. Трофимов С. Я., Ковалева Е. И., Аветов Н. А., Толпешта И. И. Исследования нефтезагрязненных почв и перспективные подходы к их ремедиации // Вестник Московского университета. Серия 17. Почвоведение. 2023. №4. С. 83-93. https://doi.org/10.55959/MSU0137-0944-17-2023-78-4-83-93
8. Babaev M. P., Nadzhafova S. I., Ibragimov A. G. Application of activated sludge to purify urban soils of Baku city from oil contamination // Eurasian soil science. 2015. V. 48. №7. P. 773779. https://doi.org/10.1134/S1064229315070029
9. Гасымова А. С., Ализаде А., Исмаилов Н. М. К вопросу разработки биотехнологий для очистки водоемов Апшеронского полуострова от загрязнений тяжелыми металлами // Труды Института геологии Дагестанского научного центра РАН. 2016. №67. С. 87-89.
10. Гасымова А. С., Кейсерухская Ф. Ш., Наджафова С. И., Исмаилов Н. М. Биогенные ресурсы ассимиляционного потенциала нефтезагрязненных почв Апшеронского полуострова // Вестник Московского государственного областного университета. Серия: Естественные науки. 2019. №4. С. 7-16. https://doi.org/10.18384/2310-7189-2019-4-7-16
Бюллетень науки и практики / Bulletin of Science and Practice Т. 10. №11 2024
https://www.bulletennauki.ru https://doi.org/10.33619/2414-2948/108
11. Babaev M. P., Ismailov N. M., Nadzhafova S. I., Keiserukhskaya F. S., Orudzheva N. I. Approaches to determining maximum permissible concentrations of oil and oil products for different soil types on the basis of the assimilation potential (by the example of Azerbaijan soils) // Eurasian Soil Science. 2020. V. 53. P. 1629-1634. https://doi.org/10.1134/S1064229320110046
12. Есенаманова М. С., Есенаманова Ж. С., Абуова А. Е., Рыскалиева Д. К., Бектемиров Д. С., & Рысжан, А. Е. Обезвреживание нефтезагрязненных почв биопрепаратами // Современные проблемы науки и образования. 2016. №6. С. 511-511.
13. ГОСТ Р 58595-2019. Почвы. Отбор проб. Национальный стандарт Российской Федерации. М.: Стзндартинформ, 2019. 8 с.
14. Звягинцев Д. Г., Гузев В. С., Левин С. В., Селецкий Г. И., Оборин А. А. Диагностические признаки различных уровней загрязнения почвы нефтью // Почвоведение. 1989. Т. 1. С. 72-78.
15. Федорец Н. Г., Медведева М. В. Методика исследования почв. Петрозаводск: Карельский научный центр РАН, 2009. 84 с.
16. Другов Ю. С., Родин А. А. Анализ загрязненной почвы и опасных отходов. М.: Бином, 2007. 263 с.
References:
1. Nadzhafova, S. I. (2016). Pochvennyi pokrov g. Baku i puti vosstanovleniya ego biologicheskikh svoist. Trudy Instituía geologii Dagestanskogo nauchnogo tsentra RAN, (67), 8183. (in Russian).
2. Mamedov, M. Kh. O. (2015). Ekologo-geograficheskaya otsenka sostoyaniya zagryaznennykh zemel' na territorii staroosvoennykh mestorozhdenii v Apsheronskom ekonomicheskom raione Azerbaidzhana. Geograficheskii vestnik, (1 (32)), 61-72. (in Russian).
3. Ismailov, N. M., Nadzhafova, S. I., & Gasymova, A. S. (2020). Bioekoklasternye kompleksy dlya resheniya ekologicheskikh, proizvodstvennykh i sotsial'nykh problem (na primere Azerbaidzhana). Moscow. (in Russian).
4. Ismailov, N. M., & Nadjafova, S. I. (2022). Experience in assessing environmental risks of main oil pipelines in Azerbaijan through the prism of soil biogeoresistance to crude oil pollution. Moscow University Soil Science Bulletin, 77(3), 196-202. https://doi.org/10.3103/S014768742203005X
5. Gasymova, A. S., & Gasanova, Z. P. (2020). Prirodnye faktory, opredelyayushchie samoochishchayushchuyu sposobnost' Apsheronskogo promyshlennogo regiona. In Aktual'nye problemy zemleustroistva, kadastra iprirodoobustroistva (pp. 401-409). (in Russian).
6. Chernov, T. I., & Semenov, M. V. (2021). Management of soil microbial communities: opportunities and prospects (a Review). Eurasian soil science, 54, 1888-1902. https://doi.org/10.1134/S1064229321120024
7. Trofimov, S. Ya., Kovaleva, E. I., Avetov, N. A., & Tolpeshta, I. I. (2023). Issledovaniya neftezagryaznennykh pochv i perspektivnye podkhody k ikh remediatsii. Vestnik Moskovskogo universiteta. Seriya 17. Pochvovedenie, (4), 83-93. (in Russian). https://doi.org/10.55959/MSU0137-0944-17-2023-78-4-83-93
8. Babaev, M. P., Nadzhafova, S. I., & Ibragimov, A. G. (2015). Application of activated sludge to purify urban soils of Baku city from oil contamination. Eurasian soil science, 48(7), 773779. https://doi.org/10.1134/S1064229315070029
9. Gasymova, A. S., Alizade, A., & Ismailov, N. M. (2016). K voprosu razrabotki biotekhnologii dlya ochistki vodoemov Apsheronskogo poluostrova ot zagryaznenii tyazhelymi
Бюллетень науки и практики / Bulletin of Science and Practice Т. 10. №11 2024
https://www.bulletennauki.ru https://doi.org/10.33619/2414-2948/108
metallami. Trudy Instituía geologii Dagestanskogo nauchnogo tsentra RAN, (67), 87-89. (in Russian).
10. Gasymova, A. S., Keiserukhskaya, F. Sh., Nadzhafova, S. I., & Ismailov, N. M. (2019). Biogennye resursy assimilyatsionnogo potentsiala neftezagryaznennykh pochv Apsheronskogo poluostrova. Vestnik Moskovskogo gosudarstvennogo oblastnogo universiteta. Seriya: Estestvennye nauki, (4), 7-16. (in Russian). https://doi.org/10.18384/2310-7189-2019-4-7-16
11. Babaev, M. P., Ismailov, N. M., Nadzhafova, S. I., Keiserukhskaya, F. S., & Orudzheva, N. I. (2020). Approaches to determining maximum permissible concentrations of oil and oil products for different soil types on the basis of the assimilation potential (by the example of Azerbaijan soils). Eurasian Soil Science, 53, 1629-1634. https://doi.org/10.1134/S1064229320110046
12. Esenamanova, M. S., Esenamanova, Zh. S., Abuova, A. E., Ryskalieva, D. K., Bektemirov, D. S., & Ryszhan, A. E. (2016). Obezvrezhivanie neftezagryaznennykh pochv biopreparatami. Sovremennye problemy nauki i obrazovaniya, (6), 511-511. (in Russian).
13. GOST R 58595-2019. Pochvy. Otbor prob. Natsional'nyi standart Rossiiskoi Federatsii (2019). Moscow. (in Russian).
14. Zvyagintsev, D. G., Guzev, V. S., Levin, S. V., Seletskii, G. I., & Oborin, A. A. (1989). Diagnosticheskie priznaki razlichnykh urovnei zagryazneniya pochvy neft'yu. Pochvovedenie, 1, 72-78. (in Russian).
15. Fedorets, N. G., & Medvedeva, M. V. (2009). Metodika issledovaniya pochv. Petrozavodsk. (in Russian).
16. Drugov, Yu. S., & Rodin, A. A. (2007). Analiz zagryaznennoi pochvy i opasnykh otkhodov. Moscow. (in Russian).
Работа поступила Принята к публикации
в редакцию 16.10.2024 г. 22.10.2024 г.
Ссылка для цитирования:
Наджафова С. И., Гасымова А. С., Исмаилов Н. М., Байрам К. Х. Проблема загрязнения почвенного покрова углеводородами нефти и пути улучшения их экологического состояния // Бюллетень науки и практики. 2024. Т. 10. №11. С. 289-295. https://doi.org/10.33619/2414-2948/108/36
Cite as (APA):
Nadjafova, S., Gasimova, А., Ismaylov, N. & Bayram, K. (2024). The Problem of Pollution of Soil Cover with Oil Hydrocarbons and Ways to Improve their Ecological State. Bulletin of Science and Practice, 10(11), 289-295. (in Russian). https://doi.org/10.33619/2414-2948/108/36
