Спосіб фітоочищення нафтозабруднених ґрунтів

Спосіб фітоочищення нафтозабруднених ґрунтів, за яким весною механічно готують ґрунт і висаджують рослини, який відрізняється тим, що ґрунт розрихлюють і висівають попередньо замочене у воді 14-16 годин насіння бобу кормового 2 (Vicia faba var. minor) з розрахунку 42±1,03 г/м . (19) (21) u201012943 (22) 01.11.2010 (24) 25.06.2011 (46) 25.06.2011, Бюл.№ 12, 2011 р. (72) ДЖУРА НАТАЛІЯ МИРОНІВНА, РОМАНЮК ОЛЬГА ІВАНІВНА, ЦВІЛИНЮК ОЛЬГА МИКОЛАЇВНА, ТЕРЕК ОЛЬГА ІШТВАНІВНА (73) ЛЬВІВСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ ІМЕНІ ІВАНА ФРАНКА, ВІДДІЛЕННЯ ФІЗИКО 3 що рослини Carex hirta L. заселяють та, розмножуючись кореневищами, захоплюють сильно забруднені ділянки, позитивно впливають на сорбційні властивості ґрунту, оптимізують ґрунтові умови за рівнем рН, призводять до зростання вмісту основних елементів мінерального живлення фосфору, калію, магнію, а також - сприяють біодеградації нафти у ґрунті [Джура Н., Романюк О., Гонсьор Я., Цвілинюк О., Терек О. Використання рослин для рекультивації ґрунтів забруднених нафтою і нафтопродуктами // Екологія та ноосферологія. - 2006. - Т. 17, №1-2. - С. 55-60]. Найбільш близьким за технічною суттю – прототипом є спосіб виведення з ґрунту нафтопродуктів довгокореневищною рослиною Саrех hirta L. [Спосіб очищення ґрунтів, забруднених нафтою: Пат. 16345 Україна, МПК (2006) А01В 79/00 А01В 79/02 (2006.01) А01С 21/00. / Н.М. Джура, О.І. Терек, О.М. Цвілинюк (Україна). - №u200511816; Заявлено 12.12.05; Опубл. 15.08.06, Бюл. №8. - 7c.]. Спосіб містить механічну підготовку ґрунту, поливання і висадку рослин, який відрізняється тим, що попередньо викопують з екологічно чистих територій кореневища Саrех hirta L. з комом ґрунту, запаковують у розмокаючі пакети, і вносять у ґрунт з 2 розрахунку 16 шт/м на протязі календарного року. Впродовж 2-ох місяців росту рослин Саrех hirta на ґрунтах забруднених нафтою у кількості 48 г/кг, вміст нафтопродуктів знижувався на 6,1% порівняно з контролем. Тоді як за дії сильного нафтового забруднення (96 г/кг) вміст нафтопродуктів залишався у межах контролю. Саме тому ми не можемо використовувати ці рослини для зниження вмісту нафтопродуктів у ґрунтах сильного ступеня забруднення. Цей спосіб трудомісткий, оскільки, включає стадію викопування та перенесення сформованих рослин у нафтозабруднений ґрунт. Корисна модель ставить перед собою завдання удосконалити «Спосіб фітоочищення нафтозабруднених ґрунтів» шляхом підбору і використання рослин, стійких до нафтозабруднень, що дозволить підвищити ступінь очищення нафтозабруднених ґрунтів, зменшити їх фітотоксичність, спростити та здешевити сам процес. Поставлене завдання вирішується так, що у способі фітоочищення нафтозабруднених ґрунтів, за яким весною механічно готують ґрунт і висаджують рослини, при чому, ґрунт розрихлюють і висівають насіння бобу кормового (Vicia faba var. minor), попередньо замоченого у воді 14-16 годин 2 з розрахунку 42±1,03 г/м . Технічний результат запропонованої моделі досягається тим, що для фітоочищення ґрунтів вибрана рослина, стійка до нафтового забруднення - біб кормовий (Vicia faba var. minor), яка здатна фіксувати атмосферний азот і забезпечувати себе джерелом мінерального живлення у нафтозабрудненому ґрунті, де більшість необхідних рослині елементів знаходиться у недоступній формі через змінені фізико-хімічні властивості ґрунту. Окрім того, кореневі симбіоти бобових Rhizobium в умовах нафтового забруднення здатні не лише фіксувати атмосферний азот, але й розкладати вуглеводні нафти і використовувати їх як альтернативне 60481 4 джерело живлення [Crowley, D.E., Brennerova, M.V., Irwin, С, Brenner, V. and Focht, D.D., 1996. Rhizosphere effects on biodegradation 2,5dichlorobenzoate by a bioluminescent strain of root colonizing Pseudomonas fluorescens // Microbiol. Ecol. N20, P. 79-89; Frassinetti, S., Setti, L., Corti, A., Farrinelli, P., Montevecchi, P. and Vallini, G. Biodegradation of dibenzothiophene by a nodulating isolate of Rhizobium meliloti // Can. J Microbiol. 1998. N44, P. 289-297]. Авторами вперше запропоновано для фіторемедіації нафтозабруднених територій насіневим способом, для вищого ступеня очищення нафтозабруднених ґрунтів, зниження їх фітотоксичності, спрощення і здешевлення цього процесу використовувати біб кормовий (Vicia faba var. minor). Запропонований спосіб не вимагає великих матеріальних затрат за рахунок зниження стадійності, мінімізації затрат на попередню підготовку ґрунту та рослин, можливістю проведення рекультивації без додаткового внесення мікроорганізмів, органічних чи мінеральних добрив. Спосіб підвищує ступінь очищення ґрунтів на середньо і сильно забруднених нафтою ділянках, знижує їх фітотоксичність, забезпечує ріст і розвиток трав'яної рослинності всього за один вегетаційний період після посадки. Дану корисну модель можна використовувати на всіх нафтозабруднених ґрунтах України. Фіг.1. Схожість насіння бобу кормового у ґрунті, забрудненому нафтою, де 1 - контроль (ґрунт без нафти); 2 - ґрунт з нафтою, 50 г/кг; 3 - ґрунт нафтою, 100 г/кг Фіг.2. Вплив нафти і рослин Vicia faba var. minor на фітотоксичність нафтозабрудненого ґрунту, виражену енергією проростання (%) біотесту L. usitatissimum, де - ґрунт без рослин; - ґрунт з рослинами 1 - контроль (ґрунт без нафти); 2 - ґрунт з нафтою, 10 г/кг; 3 - ґрунт з нафтою, 25 г/кг; 4 - ґрунт з нафтою, 50 г/кг; 5 - ґрунт з нафтою, 100 г/кг. Для дослідження вибрано Бориславське нафтове родовище (БНР), на якому вирощували рослини Vicia faba var. minor. Біб кормовий - однорічна культурна рослина родини бобових. Стебло прямостояче, 4-гранне, висотою до 150 см. Листки складні, парнопірчасті. Квітки білі з чорною плямою. Плід - великий багатонасінний біб. Вирощують на зерно, багате на білки (24-30%), силос і зелений корм [Коренев Г.В., Подгорный П.И., Щербак С.Н. Растениеводство с основами селекции и семеноводства. - М., 1990]. Насіння рослин були висіяні на забрудненні ґрунти у польових та лабораторних умовах. Ділянки БНР, характеризувалися різним рівнем забруднення ґрунту нафтою (50 і 105 г/кг ґрунту). Контролем слугували рослини із екологічно чистої території м. Борислава. Збір рослин для аналізу проводили у фазі вегетації (вересень 2009 p.). 5 60481 Модельні екземпляри вирощували у лабораторних умовах - теплиці Львівського національного університету імені Івана Франка за схемою: у посудини, розміром 10,170,15 м, вносили чистий ґрунт, який забруднювали сирою нафтою у концентраціях: 10 г (1%), 25 г (2,5%) і 50 г (5%) нафти на 1 кг ґрунту. Через 4 тижні після внесення нафти у ґрунт (необхідний термін для вивітрювання летких токсичних нафтопродуктів) висаджували попередньо замочене у воді 15 годин насіння бобу кормо2 вого (Vicia faba) з розрахунку 42 г/м . Контролем слугували рослини вирощені у ґрунті без нафти. Період деградації нафти у ґрунті - вивітрювання, мікробіологічна деструкція тощо тривав 120 днів, з них 90 днів - період очищення ґрунту за участю рослин. Після зазначеного терміну визначали вміст нафтопродуктів у ґрунтах за модифікованою методикою [Дмитриев М.Т., Казнина Н.И., Пинигина И.А. Санитарно-химический анализ веществ в окружающей среде. - М.: Химия, 1989. 210с.] шляхом екстракційного концентрування нафтопродуктів з ґрунту тетрахлоридом вуглецю з наступним ІЧ-спектроскопічним визначенням за калібрувальним графіком. Фітотоксичність нафтозабрудненого ґрунту визначали за загальноприйнятою методикою [Руденко С.С., Костишин С.С., Морозова Т.В. Загальна екологія: практичний курс: 6 Навч. посібник. Част. 1, 2. - Чернівці: Рута, 2003. 320с.] і виражали енергією проростання насіння (%) біотесту Linum usitatissimum L. Схожість насіння бобу кормового визначали на 10-ий день після висаджування. Отримані результати засвідчили, що насіння усіх досліджуваних рослин V. faba проростало у нафтозабрудненому ґрунті (Фіг.1). Зокрема, за дії нафти 50 г/кг, частка пророслого насіння сягала контролю. За дії нафти у концентрації 100 г/кг частина пророслого насіння знижувалася до 50%, що однаково є високим показником, оскільки у природі за такого рівня забруднення нафтою розмноження рослин, зазвичай, неможливе через пошкодження насіння токсичними сполуками, наявними у складі нафти. Проте, якщо для насіння більшості рослин високі концентрації нафти у ґрунті є летальними, встановлена нами здатність насіння бобу проростати за даних умов є важливою властивістю, оскільки може слугувати для заселення рослинами нафтозабруднених територій насіневим способом. Аналіз ґрунтів показав, що рослини Vicia faba var. minor суттєво прискорюють процес біодеградація нафти у ґрунті (табл. 1, 2). Таблиця 1 Вплив рослин Vicia faba var. minor на біодеградацію нафти у ґрунті (лабораторні умови) Концентрація нафти у ґрунті (вихідне забруднення), г/кг 10 25 50 Вміст нафтопродуктів у ґрунті після реме- Сумарне очищення ґрунту, діації (залишкове забруднення), г/кг % 0 100±2,14 2 92±1,27 15 70±1,18 Таблиця 2 Вплив рослин Vicia faba var. minor на біодеградацію нафти у ґрунті (природні умови) Концентрація нафти у ґрунті (вихід- Вміст нафтопродуктів у ґрунті після реСумарне очищення ґрунту, % не забруднення), г/кг медіації (залишкове забруднення), г/кг 50 11,4 77,2±1,24 105 36,1 65,7±2,47 Первинним критерієм токсичності ґрунту є показники летальності та виживання клітин і організмів, оцінка динаміки проростання насіння та кількість пророслого насіння за певний час [Гродзинський Д.М., Шиліна Ю.В., Куцоконь Н.К., Михєєв О.М., Гуща М.І., Коломієць О.Д., Фалінська T.П., Овсяннікова Л.Г., Кутлахмедов Ю.О., Пчеловська С.В. Застосування рослинних тест-систем для оцінки комбінованої дії факторів різної природи. - К.: Фітосоціоцентр, 2006. - 60с.]. Аналіз ґрунтів показав прямолінійну залежність токсичності ґрунту від вмісту нафти у ньому (Фіг.2). Рослини V. faba суттєво знижували фітотоксичність ґрунтів різного ступеня забруднення енергія проростання L. usitatissimum зростала майже удвічі на ґрунтах, де попередньо росли боби, порівняно із ґрунтами без них. Заселення нафтозабруднених територій рослинами насіневим способом має переваги порівняно із вегетативним розмноженням (наприклад, підземними пагонами як у випадку довгокореневищного виду рослин Саrех hirta L.) [за ПУ 16345], оскільки не потребує тривалого періоду для нарощування рослинної маси до висадки рослин у нафтозабруднений ґрунт, а також - певного часу, необхідного для адаптації дорослих особин до несприятливих умов. Отже, вид Vicia faba var. minor придатний для очищення сильно забруднених нафтою ґрунтів насіневим способом. Використання бобових рослин, зокрема, V. faba прискорить процес біодеградації нафти у ґрунті, знизить його фітотоксичність, 7 60481 створить умови для заселення інших видів фіторемедіантів, без додаткового внесення мікробіологічних препаратів й азотних добрив, а це здеше Комп’ютерна верстка М. Ломалова 8 вить і спростить процес, дасть змогу отримати передбачений технічний результат. Підписне Тираж 24 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601