Введение к работе
АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМЫ. В результате поступления в окружающую среду нефть и нефтепродукты оказывают негативное воздействие на все ее природные компоненты. Они загрязняют почву, поверхностные и подземные воды, снижают продуктивность биоресурсов, ведут к деградации экосистем (Звягинцев и др., 1987; Исмаилов, 1988; Хазиев и др., 1988; Адамов, 1996; Ильенкова, Сиротина, 1996; Трофимов и др., 2000; Киреева и др., 2002; Пиковский и др., 2003; Колесников и др., 2007).
Исследованиями многих авторов показано, что самоочищение и естественное восстановление почв и водных объектов, загрязненных нефтепродуктами, происходит в течение длительного периода времени (Логинов и др., 2000; Габбасова, 2004; Кураков и др., 2006; Маганов и др., 2006). Использование только механических, физических и химических методов рекультивации не обеспечивает необходимого уровня очистки почв и вод (Суржко и др., 1995; Алексеева и др., 2000; Давыдова, Тагасов, 2006).
Среди биологических методов восстановления нефтезагрязненных почв и вод наиболее перспективным является биологическое разложение нефти и нефтепродуктов препаратами углеводородокисляющих бактерий. Использование таких препаратов позволяет существенно сократить время, стоимость и трудоемкость рекультивационных работ (Егоров и др., 1998; Волков, 1999; Маркарова, 1999; Орлов, 1999; Архипенко и др., 2004; Карасева и др., 2005; Середина и др., 2008).
При проведении работ по биоремедиации почв и водоемов загрязненных нефтью чаще используют нефтеокисляющие биопрепараты. В настоящий момент ведутся исследования их эффективности и целесообразности применения в тех или иных климатических условиях (Маркарова, 1997). Как показывают опыты, разные биопрепараты эффективны в различных экологических условиях в разной степени.
ЦЕЛЬ РАБОТЫ — дать экологическую оценку использованию углеводородокисляющих бактерий при биоремедиации нефтезагрязненных почв и вод на юге России.
Для достижения поставленной цели были сформулированы и решены следующие ЗАДАЧИ:
-
Оценить эффективность бактериальных препаратов «Дестройл», «Родер» и «Универсал» (разных штаммов углеводородокисляющих бактерий) в различных дозах при биоремедиации загрязненного нефтью чернозема обыкновенного в модельном опыте.
-
Установить закономерности изменения биологических свойств чернозема обыкновенного, таких как активность каталазы и дегидрогеназы, целлюлозолитическая активность, обилие бактерий рода Azotobacter, всхожесть, длина корней и надземной части редиса, при его очистке от нефти бактериальными препаратами «Дестройл», «Родер» и «Универсал».
-
Апробировать препарат углеводородокисляющих бактерий «Дестройл» для очистки от нефтепродуктов вод оборотного цикла водоснабжения и промышленных сточных вод.
-
Дать экологическую оценку использования бактериального препарата «Дестройл» при биоремедиации водоемов по степени деградации нефтепродуктов в воде и донных отложениях, а также его влияния на кислородный режим водоема.
-
Оценить эффективность применения препарата «Дестройл» при ликвидации очага мазутного загрязнения почвенного покрова и водоемов «Майкопского полигона».
-
Применение препаратов углеводородокисляющих бактерий «Дестройл», «Родер» и «Универсал» увеличивает скорость разложения нефти в черноземе обыкновенном в 15-20 раз. По степени эффективности разложения нефти препараты образуют следующий ряд: «Универсал»=«Родер»>«Дестройл».
-
Использование биопрепаратов «Дестройл», «Родер» и «Универсал» вызывает разнонаправленные, как правило, статистически недостоверные тенденции изменения биологических свойств чернозема обыкновенного: незначительное увеличение активности дегидрогеназы и незначительное снижение активности каталазы, целлюлозолитической способности, всхожести, длины корней и проростков редиса, обилие бактерий рода Azotobacter не изменяется.
-
Препараты углеводородокисляющих бактерий целесообразно использовать для очистки вод оборотных циклов водоснабжения и сточных вод промышленных предприятий (за 40 суток концентрация нефтепродуктов снижается в 15 раз), что уменьшает сбросы предприятиями нефтепродуктов, повышает производительность оборудования, снижает себестоимость выпускаемой продукции.
-
Применение биопрепарата «Дестройл» для очистки водных объектов приводит к существенному снижению содержания нефтепродуктов и увеличению концентрации кислорода в воде. Концентрация в донных отложениях низкомолекулярных углеводородов снижается в 1,7 раза быстрее, чем смол и асфальтенов.
-
Препарат «Дестройл» целесообразно использовать для ликвидации загрязнения почвенного покрова и водоемов мазутом: степень разложения мазута за 2 месяца составляет в почве до 92 %, в воде — до 98 %.
НАУЧНАЯ НОВИЗНА результатов проведенных исследований заключается в том, что впервые:
- оценена эффективность препаратов «Дестройл», «Родер» и «Универсал», состоящих из разных штаммов углеводородокисляющих бактерий, и их различных доз при биоремедиации загрязненного нефтью чернозема обыкновенного;
- установлены закономерности изменения основных биологических свойств чернозема обыкновенного (таких как активность каталазы и дегидрогеназы, целлюлозолитическая активность, обилие бактерий рода Azotobacter, всхожесть, длина корней и надземной части редиса) при его биоремедиации с применением бактериальных препаратов «Дестройл», «Родер» и «Универсал» в зависимости от вида и дозы препарата, срока от начала его применения;
- отмечена высокая эффективность использования бактериального препарата «Дестройл» для очистки от нефтепродуктов вод оборотного цикла водоснабжения и промышленных сточных вод;
- установлена высокая эффективность применения бактериального препарата «Дестройл» при биоремедиации водоемов по степени деградации нефтепродуктов в воде и донных отложениях, а также по улучшению кислородного режима водоема;
- дана экологическая оценка применения препарата «Дестройл» при ликвидации очага мазутного загрязнения почвенного покрова и водоемов «Майкопского полигона».
ПРАКТИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ РАБОТЫ состоит в том, что доказана эффективность и целесообразность использования на юге России штаммов углеводородокисляющих бактерий, входящих в состав препаратов «Дестройл», «Родер» и «Универсал».
Результаты исследования могут быть использованы для повышения экономической и экологической эффективности работ по биоремедиации почв юга России, загрязненных нефтепродуктами, при проведении мероприятий по очистке вод природных водоемов ЮФО, в случае их загрязнения нефтью или нефтесодержащими сточными водами, а также для очистки вод непосредственно на предприятиях (вода оборотных циклов водоснабжения, сточные воды) и при аварийных разливах вне их территории.
Результаты исследования используются в учебном процессе в Южном федеральном университете при преподавании экологии, почвоведения, природопользования и охраны окружающей среды и могут быть использованы в других вузах юга России, РФ.
ЛИЧНЫЙ ВКЛАД АВТОРА. Тема, цель, задачи, объекты и методы исследования определены автором совместно с научным руководителем. Полевые исследования и отбор образцов почв и вод проведены в ходе комплексных экспедиций. Лабораторные модельные опыты и анализы проведены лично автором или совместно с сотрудниками кафедры экологии и природопользования ЮФУ, аналитической испытательной лабораторией НИИ биологии ЮФУ и ООО «Научно-технический центр энергосбережения и экологии». Анализ и обобщение полученных результатов, формулировка выводов и основных защищаемых положений сделаны лично автором при направляющем и корректирующем участии научного руководителя.
АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Основные положения диссертации доложены и обсуждены на Международной научной конференции «Инновации в науке и образовании – 2005», посвященной 75-летию основания КГТУ и 750-летию Кенигсберга-Калининграда (Калининград, 2005); Международной научной конференции «Инновации в науке и образовании – 2006» (Калининград, 2006); Международной научной конференции «Экокультура и фитобиотехнологии улучшения качества жизни на Каспии» (Астрахань, 2010); научной конференции «Актуальные проблемы экологии и природопользования» (Ростов-на-Дону, 2011 и 2012).
ПУБЛИКАЦИИ: По теме диссертации опубликовано 13 научных работ, из них 4 статьи в изданиях, рекомендованных ВАК. Доля участия автора в публикациях составляет 62 % (2,67 п.л.).
СТРУКТУРА И ОБЪЕМ ДИССЕРТАЦИИ. Диссертационная работа изложена на 142 страницах печатного текста. Состоит из введения, семи глав, выводов, списка литературы. Содержит 20 таблиц и 14 рисунков. Список литературы включает 193 источника, из них 59 на иностранных языках.
КОНКУРСНАЯ ПОДДЕРЖКА ИССЛЕДОВАНИЯ. Исследование выполнено при финансовой поддержке ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 годы (госконтракты П169, П322, 14.740.11.1029, 16.740.11.0528), Министерства образования и науки Российской Федерации (соглашения 14.A18.21.0187, 14.A18.21.1269, 5.5160.2011), Президента РФ (грант НШ-5316.2010.4).
БЛАГОДАРНОСТИ. Автор глубоко признателен за помощь в работе своему научному руководителю — заведующему кафедрой экологии и природопользования ЮФУ, д.с.-х.н., профессору С.И. Колесникову и всем сотрудникам кафедры. За помощь в проведение анализов автор глубоко признателен заведующей аналитической испытательной лабораторией НИИ биологии ЮФУ, к.б.н. И.Я. Шерстневой, инженеру кафедры экологии и природопользования Д.В. Колесниковой и директору ООО «Научно-технический центр энергосбережения и экологии» А.Н. Зинчук.
Похожие диссертации на Экологическая оценка использования углеводородокисляющих бактерий при биоремедиации нефтезагрязненных почв и вод на юге России
