Ежегодно миллионы тонн нефти и ее продуктов загрязняют почву и водные объекты. После аварий и разливов специалистам важно понять, способна ли почва восстановиться самостоятельно или требуется дополнительная очистка. Однако существующие методы оценки занимают много времени, требуют сложных химических анализов и не всегда позволяют достоверно определить, насколько активно идёт естественное разложение. Учёные Пермского Политеха разработали способ, позволяющий оценивать очистку почвенными микробами и ферментами — без дополнительной стимуляции. Разработка позволит контролировать загрязнения и принимать решения о рекультивации не за недели, а за дни.
Ежегодно около 5–10 миллионов тонн углеводородов попадают в окружающую среду. Нефть нарушает структуру почвы: ухудшается доступ воздуха и воды, снижается плодородие, гибнет часть микроорганизмов и растений. Особенно опасно то, что загрязнение меняет естественные биологические процессы в грунте и может сохраняться годами.
Сегодня степень загрязнения обычно определяют с помощью сложных химических анализов. Для них нужны специальные растворители, дорогое оборудование и длительная подготовка проб — это дорого, медленно и не подходит для массовых проверок на больших территориях. Кроме того, такие методы часто требуют добавления химических стимуляторов, которые искусственно ускоряют разложение нефти и искажают реальную картину: непонятно, почва очистилась сама или за счёт внесённых веществ. В итоге анализы показывают только общее содержание нефтепродуктов, но не позволяют быстро оценить, насколько активно почва восстанавливается естественным образом.
Учёные ПНИПУ предложили оценивать не только остаточное содержание нефти, но и состояние самой почвенной микрофлоры. Для этого исследователи анализируют два показателя: активность фермента каталазы и соотношение почвенных микроорганизмов с бактериями, способными окислять нефтепродукты.
Каталаза — это фермент, который вырабатывают почвенные микроорганизмы. Она участвует в защитных реакциях клетки и чувствительно реагирует на загрязнение нефтепродуктами. Одновременно меняется и состав микрофлоры: часть обычных сапрофитных (то есть питающихся мёртвой органикой и поддерживающих плодородие почвы) микроорганизмов сокращается, а бактерии, способные перерабатывать углеводороды нефти, наоборот, начинают активно развиваться. Анализируя эти изменения вместе, можно оценить стадию биодеградации загрязнения, — то есть естественного разложения нефти микробами до безопасных веществ (воды, углекислого газа и биомассы),
— объясняет Юдина Дарья, аспирант кафедры охраны окружающей среды ПНИПУ.
Для анализа исследователям нужно взять образцы загрязнённой и чистой почвы, провести микробиологический посев (внесение микроорганизмов на питательные среды для оценки их количества и состава) и измерить активность каталазы по скорости разложения перекиси водорода (этот фермент расщепляет её на воду и кислород). Чем выше активность, тем быстрее реакция и тем активнее самоочищение почвы. Затем показатели сравниваются, что позволяет определить стадию естественного восстановления почвы.
Во время экспериментов учёные проследили, как меняются показатели при разной концентрации нефтепродуктов и различной длительности загрязнения — от нескольких дней до двух лет. Исследования показали, что на ранних стадиях загрязнения активность фермента может возрастать как стрессовая реакция микрофлоры, однако затем при длительном воздействии нефти постепенно снижается. Одновременно меняется соотношение микроорганизмов: сначала растёт число бактерий, перерабатывающих нефтепродукты, а затем, по мере замедления процессов разложения, показатели постепенно приближаются к значениям чистых почв. Например, при слабом загрязнении (5 г нефти на кг почвы) активность каталазы падает на 40–60%, а доля нефтеокисляющих бактерий растёт в 5–10 раз.
Наш способ позволяет оценивать именно естественные процессы биодеградации без внесения специальных стимуляторов или искусственно добавленных микроорганизмов. Это повышает достоверность результатов и помогает понять, насколько эффективно почва восстанавливается самостоятельно,
— поясняет Сакаева Эльвира, доцент кафедры охраны окружающей среды ПНИПУ, кандидат технических наук.
Разработка может использоваться при экологическом мониторинге территорий после аварийных разливов нефти, а также при оценке эффективности рекультивации загрязнённых земель. Метод не требует сложного оборудования и позволяет оперативно получать данные о состоянии почвы и активности естественной микрофлоры. Благодаря этому специалисты могут за считаные дни принять решение: нужна ли почве дополнительная рекультивация или она успешно справляется сама. В отличие от традиционных подходов, новая разработка не использует искусственные стимуляторы, поэтому показывает реальную картину естественного восстановления грунта.
Разработка учёных запатентована.
Источник: Минобрнауки России
