Разработка способов повышения эффективности биоремедиации почв Кольского Севера при загрязнении нефтепродуктами : в условиях модельного эксперимента

• Автор: Мязин, Владимир Александрович
• Шифр специальности: 03.02.08
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Апатиты
• Количество страниц: 167 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
Введение

1. Обзор литературы

1.1. Источники и причины поступления НП в почву

1.2. Распределение НП по почвенному профилю

1.3. Изменение физических и химических свойств почв после загрязнения НП

1.4. Влияние нефти и НП на биологическую активность почвы

1.4.1. Изменение состояния почвенного микробоценоза

1.4.2. Изменение состояния альгоценоза почв

1.4.3. Изменение состояния педобионтов - почвенных беспозвоночных

1.4.4. Изменение ферментативной активности загрязненной почвы
1.5. Реакция растений на загрязнение почвы НП
1.6. Трансформация НП в почве
1.6.1. Механизмы трансформации углеводородов
1.6.2. Основные этапы трансформации УВ
1.6.3. Скорость очищения почвы от НП
1.7. Диагностика нефтезагрязненных почв
1.8. Нормирование загрязнения почвы НП
1.9. Методы рекультивации нефтезагрязненных почв
1.9.1. Механическая очистка
1.9.1.1. Сорбенты
1.9.1.2. Структураторы
1.9.2. Биоаугментация
1.9.2.1 .Микроорганизмы-нефтедеструкторы
1.9.2.2. Биопрепараты нефтеокисляющего действия
1.9.3. Биостимуляция
1.9.3.1. Минеральные удобрения
1.9.3.2. Органические удобрения
1.9.4. Фиторемедиация
2. Объекты и методы исследования
2.1. Характеристика района проведения исследования
2.1.1. Местоположение
2.1.2. Климатические условия
2.1.3. Почва
2.2. Описание полевых модельных опытов

2.2.1. Полевой модельный опыт 2010 года
2.2.2. Полевой модельный опыт 2011 года
2.2.3. Полевой модельный опыт 2012 года
2.3. Методы химического анализа почвы
2.3.1. Определение массовой доли НП
2.3.2. Определение влажности почвы
2.3.3. Определение актуальной кислотности почвы
2.4. Методы биологического анализа почв
2.4.1. Определение численности микроорганизмов
2.4.2. Определение ферментативной активности почвы
2.4.2.1. Определение активности инвертазы
2.4.2.2. Определение активности дегидрогеназы
2.4.2.3. Определение активности каталазы
2.4.3. Определение эмиссии СО) почвой полевым камеро-статическим методом
3. Динамика содержания нефтепродуктов в почве и изменение некоторых физико-химических
свойств почв
3.1. Динамика содержания углеводородов в почве при загрязнении светлыми І-ІП
3.2. Динамика содержания углеводородов в почве при загрязнении темными НП
3.3. Изменение актуальной кислотности при загрязнении почвы НП
3.4. Изменение влажности почвы при загрязнении НП
4. Биологическая активность загрязненных почв
4.1. Изменение численности основных трофических групп бактериальной микробиоты при загрязнении почвы НП
4.1.1. Сапротрофные бактерии
4.1.2. Углеводородокисляющие бактерии
4.2. Изменение численности и видового состава почвенных микромицетов при загрязнении почвы НП
4.3. Ферментативная активность загрязненных почв
4.3.1. Активность инвертазы
4.3.2. Активность каталазы
4.3.3. Активность дегидрогеназы
4.4. Интенсивность эмиссии СОг загрязненной почвой
4.5. Фитотоксичность загрязненной почвы
5. Практические аспекты биоремедиации почв при загрязнении нефтепродуктами
5.1. Использование минеральных и органических удобрений для стимуляции
углеводородокисляющих микроорганизмов при загрязнении почвы НП
5.1.1. Динамика содержания углеводородов в почве при загрязнении ДТ после внесения удобрений
5.1.2. Динамика содержания углеводородов в почве при загрязнении темными НП после внесения удобрений
5.1.3. Изменение актуальной кислотности загрязненной почвы после внесения удобрений
5.1.4. Изменение влажности загрязненной почвы после использования удобрений
5.1.5. Изменение численности основных трофических групп бактериальной
микробиоты после внесения удобрений в загрязненную ДТ почву
5.1.6. Изменение численности основных трофических групп бактериальной
микробиоты после внесения удобрений в загрязненную темными НП почву
5.1.7. Изменение численности почвенных микромицетов после внесения удобрений в загрязненную ДТ почву
5.1.8. Изменение численности почвенных микромицетов после внесении удобрений в загрязненную темными НП почву
5.1.9. Ферментативная активность загрязненной почвы после использования
удобрений
5.1.10. Интенсивность эмиссии СОг загрязненной почвой после использования удобрений
5.1.11. Фитогоксичность загрязненной почвы после внесения удобрений
5.2. Использование биопрепаратов для восстановления загрязненных почв
5.2.1. Разработка бактериального препарата
5.2.2. Динамика содержания углеводородов в почве при загрязнении ДТ после внесения бактериальных препаратов
5.2.3. Динамика содержания углеводородов в почве при загрязнении темными НП после внесения бактериальных препаратов
5.2.4. Изменение актуальной кислотности загрязненной почвы после использования бактериальных препаратов
5.2.5. Изменение влажности загрязненной почвы после использования бактериальных препаратов
5.2.6. Изменение численности основных трофических групп бактериальной микробиоты при загрязнении ДТ после внесения бактериальных препаратов

составляющей почвы (Одинцова, 2003). Определенный интерес представляют реакции замещения атома водорода и ОН-группы ациклических и ароматических углеводородов на галогены, нитрит-ион или сульфо-группу. Образующиеся при этом производные являются высокотоксичными соединениями (Елин, 2002). По эколого-геохимическим характеристикам продукты деструкции нефти разделяют на три группы. Группа активных трансформеров -алкены, циклоалкены, Hal-, S-содержащие соединения, окиси, спирты, оксосоедипения, простые эфиры, кислоты — наиболее опасные экотоксиканты (2-3 класс опасности). Группа устойчиво-мобильных соединений - сложные алифатические и ароматические эфиры (3-4 классы опасности). Группа смолисто-асфальтеновых веществ, которая склонна к депонированию на геохимических барьерах (Одинцова, 2010).
1.6.2. Основные этапы трансформации УВ
Процесс деструкции НП условно можно разделить на три этапа, для каждого из которых характерны определенные изменения в составе углеводородов (Солнцева и др., 1985; Капачникова и др., 1987; Оборин и др., 1988; Маркарова, 2000 (а); Одинцова, 2003, 2010).
Согласно данной модели первый этап (свежее загрязнение) продолжительностью от 12 до 24 месяцев характеризуется преобладанием процессов испарения, вымывания, фотохимического окисления, а также окисления химическими веществами, поступающими в почву в результате гибели микроорганизмов, на фоне перераспределения углеводородов по почвенному профилю, за счет чего снижается содержание наиболее легких углеводородов. Углеводородокнсляющая микробиота не оказывает достоверного влияния на процессы деструкции (Чижов, 1998, 2007; Зосин и др., 2001; Киреева, Водопьянов, 2007). Окислительные процессы приводят к образованию спиртов, простых эфиров и кислот, которые наряду с ненасыщенными алканамн являются идентификационными маркерами (Одинцова, 2010). Присутствие большого количества кислородсодержащих соединений свидетельствует об активности деструктивных процессов (Шагабиева и др., 2013).
На втором этапе (зрелое загрязнение) происходит биодеградация высших алканов, циклоалканов и в меньшей мере ароматических углеводородов в результате деятельности углеводородокисляющих микроорганизмов, при этом наблюдается относительное увеличение смолисто-асфальтеновых фракций. Наименьшая скорость деградации свойственна ПАУ, в том числе и за счет их связывания в органо-минеральных комплексах. Идентификационными маркерами являются: частично или полностью восстановленные арены, оксосоедипения, кислоты, сложные эфиры, тиолы (Одинцова, 2010).
Третий этап (старое загрязнение) начинается через 48-52 месяца и характеризуется наличием большого количества смолисто-асфальтеновых фракций, при меньшем содержании