Демина Юлия Сергеевна
ГОАОУ «Центр поддержки одаренных детей «Стратегия» обособленное структурное подразделение
«Детский технопарк «Кванториум»
Биоремедиация почвы, загрязненной продуктами нефти
Липецкая область, г. Липецк
Содержание
1. Цели и задачи……………………………………………………………..........2
2. Введение…………………………………………………………………….….3
3. Фиторемедиация…………………………………………………………….....6
4. Эксперименты для определения эффективности растений фиторемедиантов для очистке почв, загрязненных нефтепродуктами:
a. Эксперимент №1………………………………………………………..8
b. Эксперимент №2……………………………………………………....13
c. Эксперимент №3……………………………………………………....15
5. Источники…………………………………………………………………….17
Цель проекта - снижение негативного воздействия нефтяных загрязнений почв на основе разработки комплекса фиторемедиационных мероприятий.
Задачи:
1. Проанализировать литературу по теме проекта, рассмотреть существующие решения, перспективы использования результатов;
2. Описать методы, оборудование, используемые в проекте;
3. Провести эксперименты, чтобы рассмотреть процесс биоремедиации в домашних условиях;
4. Применить полученные результаты в промышленных масштабах.
Объект исследования – почва, загрязненная нефтепродуктами;
Гипотеза исследования – с помощью биоремедиации можно быстро очистить участок, загрязненный нефтепродуктами.
Введение
На сегодняшний день, наряду с добычей и транспортировкой нефти и газа отмечается тенденция к повышенному загрязнению окружающей среды отходами нефтедобывающей промышленности. Техногенные нарушения являются доминирующей формой антропогенной деградации почв, в результате которой почвенный покров уничтожается полностью или частично. По мнению многих экспертов, состояние экосистемы в таких областях характеризуется как предкризисное. В случае непринятия комплексных мер регионам грозит экологическая катастрофа.[1] В Липецке и Липецкой области эта проблема является актуальной – почвы близ дорог загрязнены фракциями нефти.
Нефть - тяжелая маслянистая жидкость темно- коричневого цвета. Основу состава нефти составляют углеводороды различного строения.
Основными источниками загрязнений нефтепродуктами являются:
1) утечка нефти при добыче;
2) разливы при транспортировке нефти на ж/д путях;
3) деятельность предприятий химической промышленности, использующих нефть в производстве (выбросы в атмосферу, сточные воды);
4) загрязнения в результате бытового применения нефтепродуктов (топливо для транспорта);
5) аварии на нефтедобывающих и нефтеперерабатывающих предприятиях, а так же утечки из трубопроводов.
Общая характеристика изменений, происходящих в почвах при попадании в них нефти и нефтепродуктов:
- Нарушение фотосинтезирующей деятельности растительного покрова, затрудняется поступления к растениям питательных веществ и влаги, в результате чего растения либо погибают, либо функционируют не в полной мере.
- Нарушение баланса почвенных микроорганизмов, т.е. микроорганизмы не устойчивые к нефтяному загрязнению, но которые могут быть полезны для растений и для внутренних почвенных процессов погибают, но при этом увеличивается доля микроорганизмов - деструкторов нефтяных загрязнений.
- Загрязнение других сфер окружающей среды, так как пористая структура почвы позволяет компонентами нефтезагрязнений улетучиваться в атмосферу, а грунтовые воды, позволяют растворимым загрязняющим веществам переноситься в водоемы.
- Увеличение содержания органического углерода в почве. [2]
Фиторемедиация – способ очистки почв от нефти и нефтепродуктов
Фиторемедиация – одно из новых направлений биологической очистки, основанное на применении растений их способности поглощать и накапливать загрязнения в своих частях, а также активизировать деятельность почвенных микроорганизмов в борьбе с загрязнениями, обеспечивая их необходимыми питательными элементами. [3] Преимуществами фиторемедиации является: возможность осуществления процесса на большой территории и простота реализации. Она становится экономически эффективной, общепринятой технологией для устранения различных видов загрязнения окружающей среды. После того, как растения поглотили загрязняющие химические соединения и накопили их из почвы, их собирают в виде биомассы и обычно сжигают. Пепел хранится в специальных местах или на свалках или используется для извлечения металлов. [4]
Схема процесса фиторемедиации:
Растение воздействует на окружающую среду разными способами. Основные из них:
· ризофильтрация — корни всасывают воду и химические элементы необходимые для жизнедеятельности растений
· фитоэкстракция — накопление в организме растения опасных загрязнений (например, тяжёлых металлов)
· фитоволатилизация — испарение воды и летучих химических элементов (As, Se) листьями растений
· фитотрансформация:
o фитостабилизация — перевод химических соединений в менее подвижную и активную форму (снижает риск распространения загрязнений)
o фитодеградация — деградация растениями и симбиотическими микроорганизмами органической части загрязнений
· фитостимуляция — стимуляция развития симбиотических микроорганизмов, принимающих участие в процессе очистки. [3]
Эксперименты для определения эффективности растений фиторемедиантов для очистке почв, загрязненных нефтепродуктами
Эксперимент №1: оценка токсичности почв, загрязненных фракциями нефти и нефтепродуктами
Токсичность – один из основных критериев, характеризующих степень деградации почв под воздействием различных загрязнителей. Определение этого параметра является подготовительным этапом биоремедиационных мероприятий и называется биотестированием. В роли индикатора токсичности выступают следующие тест-параметры: смертность, размножение, длина корней и стебля, всхожесть семян, и др., которые показывают тест-объекты (растения, бактерии, ракообразные), помещенные в токсичную зону.
Цель: определить степень токсичности почв, загрязненной различными фракциями нефти и нефтепродуктов.
Материалы: в роли тест-объекта был использован кресс-салат, а в качестве загрязнителей почвы керосин, бензин, машинное масло в объеме 15 мл.
Рис. 1 – машинное масло; рис. 2 – бензин; рис. 3 – керосин.
Ход эксперимента:
1. Посадка кресс-салата в незагрязненную нефтепродуктами почву – контроль;
2. Посадка кресс-салата в почву, загрязненную осветительным керосином в объеме 15 мл;
3. Посадка кресс-салата в почву, загрязненную бензином в объеме 15 мл;
4. Посадка кресс-салата в почву, загрязненную бытовым универсальным машинным маслом в объеме 15 мл;
5. Наблюдение за результатами в течение 7 дней;
6. Определение токсичности почв по тест-параметрам, которые показал кресс-салат в условиях загрязнения;
7. Обработка результатов.
Результаты:
1. Семена в четырех горшках взошли одновременно, на второй день после посадки.
2. Далее итоги представлены в виде таблиц, диаграмм и фотографий.
Закладка эксперимента – 20.01.20 г.; появление первых всходов – 22.01.20 г.;
рис. 4 - 22.01.
Окончание эксперимента – 26.01.20 г.
рис. 5 – 26.01.
Таблица 1 – Влияние бензинового загрязнения на рост и развитие кресс-салата
| Степень загрязнения, мл | № ростка | Длина корней, см | Общий рост, см |
| Без загрязнений – контроль Всхожесть – 100 % | |||
| 1,3 | 4,5 | ||
| 1,5 | 6,3 | ||
| 1,3 | 6,5 | ||
| 0,3 | |||
| 0,5 | 6,4 | ||
| 1,5 | |||
| 1,2 | 5,5 | ||
| 1,6 | 1,2 | ||
| Среднее | 1,12 | 5,6 | |
| Керосин 15 мл Всхожесть – 60 % | 2,2 | ||
| 0,7 | 2,2 | ||
| 4,2 | |||
| 0,4 | 2,5 | ||
| 0,6 | 3,5 | ||
| Среднее | 0,98 | 3,4 | |
| Машинное масло 15 мл Всхожесть – 60 % | 1,5 | ||
| 5,5 | |||
| 4,4 | |||
| 4,2 | |||
| 0,5 | 4,1 | ||
| 1,1 | 3,5 | ||
| Среднее | 1,02 | 3,4 | |
| Бензин 15 мл Всхожесть – 90 % | 1,5 | 5,5 | |
| 2,4 | 6,3 | ||
| 0,5 | |||
| 0,5 | |||
| 0,7 | 5,6 | ||
| 0,4 | |||
| 3,5 | |||
| 0,4 | 5,8 | ||
| 0,5 | 5,5 | ||
| Среднее | 0,88 | 5,47 |
Вывод: из представленных таблиц и диаграмм следует, что при увеличении концентрации загрязнения кресс-салат показывает ухудшение тест-параметров: уменьшается всхожесть семян, длина корней и высота ростков по сравнению с контрольным образцом, в котором отсутствует загрязнение нефтепродуктами. Наиболее сильное токсическое воздействие на кресс-салат было обнаружено в образцах с керосином (15 мл) в почве.
Эксперимент №2: фиторемедиация почв загрязненных нефтепродуктами
Фиторемедиация, как способ очистки почв от различных загрязнителей, в том числе от нефти и нефтепродуктов, основан на применении растений. Фиторемедиационный принцип действия растений состоит из нескольких этапов:
1. Поглощение и накопление загрязнителя в ризосфере растений.
2. Трансформация загрязнителя от корней к стеблю.
3. Выделение остатков переработанного загрязнителя в атмосферу при помощи листьев.
По литературным данным в качестве фиторемедиантов для почв, загрязненных продуктами нефти наиболее эффективными являются растения из семейства бобовых, поэтому именно они преимущественно были использованы в экспериментальной части данной работы.
Цель: оценить эффективность различных фиторемедиантов в борьбе с нефтяными загрязнениями почв.
Материалы: в качестве фиторемедиантов использовались растения, представленные в таблице.
| № | Наименование | Семейство |
| Соя овощная деликатесная (Glycine max) | Бобовые (Fabaceae) | |
| Вика посевная (Vicia sativa) | ||
| Люцерна посевная (Medicágo satíva) | ||
| Просо посевноое (Panicum miliaceum) | Злаки (Poaceae) | |
| Фацелия колокольчатая (Phacelia campanularia) | Бурачниковые (Boraginaceae) |
В качестве загрязняющих веществ применялись: бензин, керосин и машинное масло в объеме наибольшей концентрации 15 мл.
Ход работы:
1. Загрязнить 4 почвенных образца осветительным керосином, бензином, бытовым универсальным машинным маслом в объеме 15 мл.
2. Посадить в каждый образец 3 семени сои овощной деликатесной, вики посевной, люцерны посевной, проса посевного и фацелии колокольчатой.
3. Наблюдение за ходом эксперимента в течении 2 недель.
4. Обработка результатов эксперимента.
Результаты:
Закладка эксперимента – 26.01.20 г.; появление первых всходов – 30.01.20 г.;
рис. 6 – 02.02.
рис. 7 – 07.02.
Планируется:
Эксперимент №3: определение изменения токсичности очищаемых фиторемедиантами почв при помощи кресс-салата
Цель: определить эффективность фиторемедиантов для очистки почв от нефтезагрязнений по изменению токсичности почв после фиторемедиации.
Материалы: кресс-салат, образцы почв.
Ход работы:
1. Посадка кресс-салата в образцы почв после ремедиации.
2. Наблюдение за экспериментом в течение 7 дней.
3. Анализ результатов.
Результаты:
1. Семена в четырех горшках взошли одновременно, на второй день после посадки.
2. Далее итоги представлены в виде таблиц, диаграмм и фотографий.
Закладка эксперимента – 10.02.20 г.; появление первых всходов – 16.02.20 г.;
Таблица 2 – Влияние бензинового загрязнения на рост и развитие кресс-салата
| Степень загрязнения, мл | № ростка | Длина корней, см | Общий рост, см |
| Без загрязнений – контроль Всхожесть – 100 % | 6,2 | ||
| 2,1 | 5,3 | ||
| 1,2 | |||
| 1,5 | |||
| 4,7 | |||
| 1,3 | 6,4 | ||
| 4,3 | |||
| 1,6 | |||
| 4,5 | |||
| Среднее | 1,97 | 5,14 | |
| Керосин 15 мл Всхожесть – 100% | 1,3 | 6,5 | |
| 4,2 | |||
| 1,3 | |||
| 1,1 | 5,5 | ||
| 7,5 | |||
| 1,6 | |||
| 5,7 | |||
| 1,7 | 5,8 | ||
| 2,8 | |||
| 0,8 | 2,3 | ||
| Среднее | 1,18 | 5,13 | |
| Машинное масло 15 мл Всхожесть – 100% | 1,5 | ||
| 5,5 | |||
| 1,5 | |||
| 6,4 | |||
| 1,5 | 5,6 | ||
| 1,9 | |||
| 4,6 | |||
| 1,5 | 4,5 | ||
| 3,2 | 4,5 | ||
| 1,1 | 5,5 | ||
| Среднее | 1,72 | 5,36 | |
| Бензин 15 мл Всхожесть – 90% | 3,3 | ||
| 6,2 | |||
| 1,7 | 5,3 | ||
| 6,5 | |||
| 5,5 | |||
| 1,3 | 5,3 | ||
| 5,9 | 5,2 | ||
| 2,4 | |||
| Среднее | 2,14 | 4,7 |
| Среднее значение | До биоремедиации (после загрязнения) | После биоремедиации |
| Бензин 15 мл | ||
| Длина корней, см | 0,88 | 2,14 |
| Общий рост, см | 5,74 | 4,7 |
| Всхожесть, % | ||
| Керосин 15 мл | ||
| Длина корней, см | 0,98 | 1,18 |
| Общий рост, см | 3,4 | 5,13 |
| Всхожесть, % | ||
| Машинное масло 15 мл | ||
| Длина корней, см | 1,02 | 1,72 |
| Общий рост, см | 3,4 | 5,36 |
| Всхожесть, % |
Источники
1. https://dspace.tltsu.ru/bitstream/123456789/5713/1/%D0%A5%D0%BB%D1%8B%D0%B1%D0%BE%D0%B2%20%D0%9A.%D0%9D._%D0%AD%D0%A0%D0%A2%D0%B1_1301.pdf
2. Абдусаламова, Х. С. Влияние нефтезагрязнения на биологические показатели активности почв.
3. https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%91%D0%B8%D0%BE%D1%80%D0%B5%D0%BC%D0%B5%D0%B4%D0%B8%D0%B0%D1%86%D0%B8%D1%8F
4. https://ru.thpanorama.com/articles/biologa/fitorremediacin-tipos-ventajas-y-desventajas.html
5. https://kubsau.ru/upload/iblock/e3f/e3fdbdd218077d0385a50e57ca2c07a9.pdf
6. Вельков, В. В. Биоремедиация: принципы, проблемы, подходы / В.В. Бельков // Биотехнология.