Тематический рубрикатор статей

Георесурсы T.24.№3.2022
Стр.
Скачать статью

Влияние углеродных сорбентов на потенциальную способность почв к самоочищению от нефтяного загрязнения

Е.В. Смирнова, Р.В. Окунев, К.Г. Гиниятуллин

Оригинальная статья

DOI https://doi.org/10.18599/grs.2022.3.18

210-218
rus.

open access

Under a Creative Commons license
В лабораторном эксперименте изучали способность почв к самоочищению при сильном нефтяном загрязнении и влияние на данный процесс биоуглей и шунгитов. Инкубирование почв, загрязненных нефтью, без добавления сорбентов при постоянной оптимальной влажности и температуре в течение 28 суток обеспечило снижение остаточного содержания нефтепродуктов (НП) лишь на 8%. Добавление биоугля и шунгита в дозе 2,5% позволило снизить содержание НП при постоянных условиях инкубации до 48,8% и 38%, соответственно. Показано, что проведение инкубации нефтезагрязненных почв в режиме переменной влажности и температуры без добавления сорбентов позволяет снизить остаточное содержание НП за 28 дней эксперимента на 32%. В процессе исследования отработаны методы определения субстрат-индуцированного дыхания (СИД) в различных режимах инкубации. Сильное загрязнение почвы нефтью привело к существенному уменьшению в начальный период интенсивности СИД с 12,8 C-CO2 мкг/г ч до 8,6 C-CO2 мкг/г ч, которое нормализовалось на 14-й день проведения опыта. Показано, что внесение биуглей (в меньшей степени шунгитов) в почву, загрязненную нефтью, обеспечивает поддержание СИД на необходимом уровне и увеличивает потенциальную способность почв к самоочищению. В работе обсуждаются возможности увеличения потенциальной способности почв к самоочищению при сильном загрязнении нефтью и НП. 
 
загрязнение почв нефтью, биоугль, шунгиты, способность почв к самоочищению
 
  • Ананьева Н.Д., Благодатская Е.В., Демкина Т.С. (1997). Влияние высушивания-увлажнения и замораживания-оттаивания на устойчивость микробных сообществ почвы. Почвоведение, 9, с. 1132-1137.
  • Березкин В.И. (2005). О сажевой модели происхождения Карельских шунгитов. Геология и геофизика, 46(10), с. 1093-1101.
  • Гилязов М.Ю. (1980). Изменение некоторых агрохимических свойств выщелоченного чернозема при загрязнении его нефтью. Агрохимия, 12, c. 72-75.
  • Глазовская М.А., Пиковский Ю.И. (1980). Скорости самоочищения почв от нефти в различных природных зонах. Природа, 5, c. 118-119.
  • Гордеев А.С., Гайнуллина Л.А., Шинкарев А.А. (2014). Липиды пахотных почв, систематически загрязняемых поверхностным склоновым стоком с территории объектов нефтедобычи. Ученые записки Казанского университета. Серия Естественные науки, 156(3), с. 76-86.
  • Дейнес Ю.Е., Первунина А.В. (2019). Генезис высокоуглеродистых шунгитоносных пород – обзор. Труды Ферсмановской научной сессии ГИ КНЦ РАН, 16, с. 136-140. https://doi.org/10.31241/FNS.2019.16.028 
  • Исмаилов Н.М. (1988). Микробиология и ферментативная активность нефтезагрязненных почв. Восстановление нефтезагрязненных почвенных экосистем. Москва: Наука, с. 42–56.
  • Киреева Н.А., Галимзянова Н.Ф. (1995). Влияние загрязнения почв нефтью и нефтепродуктами на численность и видовой состав микромицетов. Почвоведение, 2, с. 211-216.
  • Козловский Е.А. (1991). Горная энциклопедия. М: Яшма, 5, 451 с.
  • Малыхина Л.В., Шайдуллина И.А., Антонов Н.А., Сибгатова Д.И., Яппаров А.Х., Дегтярева И.А., Латыпова В.З., Гадиева Э.Ш. (2016).Применение новых биотехнологий при рекультивации черноземов со смешанным типом загрязнения. Георесурсы, 18(2), c. 138-144. DOI: 10.18599/grs.18.2.12 
  • Мусина У.Ш., Васичкин А.С. (2014). Обзор способов утилизации нефтеотходов и технологии их утилизации. Вестник КазГАСА, 2(52), c. 133-141.
  • Петухова Г.А., Кулькова Т.А. (2021). Перспективы применения шунгита как сорбента формальдегида в композитных материалах. Сорбционные и хроматографические процессы, 21(1), c. 100-110. 
  • Смирнова Е.В., Гиниятуллин К.Г., Валеева А.А., Ваганова Е.С. (2018). Пироугли как перспективные почвенные мелиоранты: оценка содержания и спектральные свойства их липидных фракций. Учен. зап. Казан. ун-та. Сер. Естеств. науки, 160(2), с. 259–275. 
  • Солнцева Н.П. (2001). Добыча нефти и геохимия природных ландшафтов. М: Изд-во МГУ, 376 с. 
  • Akbarzadeh K., Hammami A., Kharrat A., et al. (2007). Asphaltenes – problematic but rich in potential. Oilfield Review, 19(2), pp. 22-43.
  • Ananyeva N.D., Blagodatskaya Е.V., Orlinsky D.B., Macchina Т.N. (1993). Methodical aspects of determining the rate of substrate-induced respiration of soil microorganisms. Soil Science, 11, pp. 72-77.
  • Atlas R.M., Stoeckel D.M., Faith S.A. et al. (2015). Oil Biodegradation and Oil-Degrading Microbial Populations in Marsh Sediments Impacted by Oil from the Deepwater Horizon Well Blowout. Environmental Science and Technology, 49, pp. 8356-8366. https://doi.org/10.1021/acs.est.5b00413 
  • Bilias F., Nikoli T., Kalderis D., Gasparatos, D. (2021). Towards a Soil Remediation Strategy Using Biochar: Effects on Soil Chemical Properties and Bioavailability of Potentially Toxic Elements. Toxics, 9(8), 184. https://doi.org/10.3390/toxics9080184
  • Blagodatskaya E., Kuzyakov Y. (2013). Active microorganisms in soil: critical review of estimation criteria and approaches. Soil Biology and Biochemistry, 67, pp. 192-211. https://doi.org/10.1016/j.soilbio.2013.08.024 
  • Chaineau C.-H., Yepremian C., Vidalie J. et al. (2003). Bioremediation of a Crude Oil-Polluted Soil: Biodegradation, Leaching and Toxicity Assessments. Water Air and Soil Pollution, 144, pp. 419-440. https://doi.org/10.1023/A:1022935600698 
  • Chen M., Xu P., Zeng G., et al. (2015). Bioremediation of soils contaminated with polycyclic aromatic hydrocarbons, petroleum, pesticides, chlorophenols and heavy metals by composting: applications, microbes and future research needs. Biotechnology Advances, 33, pp. 745–755. https://doi.org/10.1016/j.biotechadv.2015.05.003 
  • El-Sheekh M.M., Hamouda R.A. (2014). Biodegradation of crude oil by some cyanobacteria under heterotrophic conditions. Desalination and Water Treatment, 52, pp. 1448-1454. https://doi.org/10.1080/19443994.2013.794008 
  • Forrester S., Janik L., McLaughlin M. et al. (2013). Total Petroleum Hydrocarbon Concentration Prediction in Soils Using Diffuse Reflectance Infrared Spectroscopy. Soil Science Society of America Journal, 77, pp. 450-460. https://doi.org/10.2136/sssaj2012.0201 
  • Friend D.J. (1996). Remediation of Petroleum-contaminated Soils. Washington: National Academy Press, 580 p.
  • Head I.M., Jones D.M., Röling W.F. (2006). Marine microorganisms make a meal of oil. Nature Reviews Microbiology, 4, p. 173. https://doi.org/10.1038/nrmicro1348 
  • Hou N., Zhang N., Jia T. et al. (2018). Biodegradation of phenanthrene by biodemulsifier-producing strain Achromobacter sp. LH-1 and the study on its metabolisms and fermentation kinetics. Ecotoxicology and Environmental Safety, 163, pp. 205–214. https://doi.org/10.1016/j.ecoenv.2018.07.064 
  • Jurgelane I., Locs J. (2021). Shungite application for treatment of drinking water – is it the right choice? Journal of Water and Health, 19, pp. 89-96. https://doi.org/10.2166/wh.2020.139 
  • Jurgelāne I., Ločs J. (2021). Shungite Application for Treatment of Drinking Water – is It the Right Choice? Journal of Water and Health, 19(1), 89 p. https://doi.org/10.2166/wh.2020.139 
  • Kloss S., Zehetner F., Wimmer B. et al. (2014). Biochar application to temperate soils: Effects on soil fertility and crop growth under greenhouse conditions. Journal of Plant Nutrition and Soil Science, 177(1), pp. 3–15.
  • Kwiecińska B., Pusz S., Krzesińska M., Pilawa B. (2007). Physical properties of shungite. International Journal of Coal Geology, 71, pp. 455-461. https://doi.org/10.1016/j.coal.2006.05.008 
  • Kovalev I.V., Kovaleva N.O. et al. (2008). Biochemistry of lignin in soils of periodic excessive moistening (from the example of agrogray soils in Opolie Landscapes of the Russian Plain). Eurasian Soil Science, 41(10), pp. 1066-1076. https://doi.org/10.1134/S1064229308100086 
  • Kovalev I.V., Semenov V.M. et al. (2021). Estimation of the biogenicity and bioactivity of gleyed agrogray nondrained and drained soils. Eurasian Soil Science, 54(7), pp. 1059-1067. https://doi.org/10.1134/S1064229321070073 
  • Labud V., Garcia C., Hernandez T. (2007). Effect of hydrocarbon pollution on the microbial properties of a sandy and a clay soil. Chemosphere, 66, pp. 1863-1871. https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2006.08.021
  • Lacalle R.G., Becerril J.M., Garbisu C. (2020). Biological Methods of Polluted Soil Remediation for an Effective Economically-Optimal Recovery of Soil Health and Ecosystem Services. Journal of Environmental Science and Public Health, 4(2), pp. 112-133. https://doi.org/10.23986/afsci.8155 
  • Lehmann J., Joseph S. (2009). Biochar for Environmental Management: Science and Technology. London: Earthscan, 416 р.
  • Leon, V., Kumar, M. (2005). Biological upgrading of heavy crude oil. Biotechnology and Bioprocess Engineering, 10, pp. 471-481. https://doi.org/10.1007/BF02932281 
  • Ma Y.L., Lu W., Wan L.L., Luo N. (2015). Elucidation of fluoranthene degradative characteristics in a newly isolated Achromobacter xylosoxidans DN002. Applied Biochemistry and Biotechnology, 175, pp. 1294-1305. https://doi.org/10.1007/s12010-014-1347-7 
  • Mambwe M., Kalebaila K.K., Johnson T. (2021). Remediation technologies for oil contaminated soil. Global Journal of Environmental Science and Management, 7(3), pp. 1-20. https://doi.org/10.22034/gjesm.2021.3.09 
  • Okunev R., Smirnova E., Giniyatullin K. (2019). Study of the effect of labile organic matter removal from pyrochars on the substrate-induced respiration. SGEM, 19(3.2), pp. 459-465.
  • Pineda-Flores G., Boll-Arguello G., Lira-Galeana C., Mesta-Howard A.M. (2004). A microbial consortium isolated from a crude oil sample that uses asphaltenes as a carbon and energy source. Biodegradation, 15(3), pp. 145-151. https://doi.org/10.1023/b:biod.0000026476.03744.bb 
  • Pineda-Flores G., Boll-Argüello G., Lira-Galeana C. et al. (2004). A microbial consortium isolated from a crude oil sample that uses asphaltenes as a carbon and energy source. Biodegradation, 15, pp. 145-151. https://doi.org/10.1023/B:BIOD.0000026476.03744.bb 
  • Qin G., Gong D., Fan M.Y. (2013). Bioremediation of petroleum-contaminated soil by biostimulation amended with biochar. International Biodeterioration and Biodegradation, 85, pp. 150-155. https://doi.org/10.1016/j.ibiod.2013.07.004 
  • Sharma A., Rehman M.B. (2009). Laboratory scale bioremediation of diesel hydrocarbon in soil by indigenous bacterial consortium. Indian Journal of Experimental Biology, 47(9), pp. 766-9.
  • Sineva A.V., Parfenova A.M., Fedorova A.A. (2007). Adsorption of micelle forming and non-micelle forming surfactants on the adsorbents of different nature. Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects, 306(1-3), pp. 68-74. https://doi.org/10.1016/j.colsurfa.2007.04.061  
  • Skrypnik L., Babich O., Sukhikh S. et al. (2021). A Study of the Antioxidant, Cytotoxic Activity and Adsorption Properties of Karelian Shungite by Physicochemical Methods. Antioxidants, 10(7), 1121. https://www.mdpi.com/2076-3921/10/7/1121 
  • Smirnova E.V., Giniyatullin K.G., Okunev R.V. et al. (2016). The Effect of Pre-Incubation Duration of Soil-Biochar Model Mixtures On the Results of Determination the Intensity of Substrate-Induced Respiration (Methodological Aspects of Study). Research Journal of Pharmaceutical, Biological and Chemical Sciences, 7(5), pp. 1360-1366.
  • Solov’eva A.B., Rozhkova N.N., Glagolev N.N. et al. (1999). Organic matter in schungite and its physicochemical activity in polymeric composites. Russian Journal of Physical Chemistry A, 73(2), pp. 299-303.
  • Valeeva A.A., Grigoryan B.R., Bayan M.R. et al. (2015). Adsorption of Methylene Blue by Biochar Produced Through Torrefaction and Slow Pyrolysis from Switchgrass. Research Journal of Pharmaceutical, Biological and Chemical Sciences, 6(4), pp. 8-17.
  • Varjani, S. J. (2017). Microbial degradation of petroleum hydrocarbons. Bioresource Technology, 223, pp. 277–286. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2016.10.037 
  • Xu X., Liu W., Tian S. et al. (2018). Petroleum Hydrocarbon-Degrading Bacteria for the Remediation of Oil Pollution Under Aerobic Conditions: A Perspective Analysis. Frontiers in Microbiology, 9, 2885. https://doi.org/10.3389/fmicb.2018.02885 
  • Yadykina V.V., Vyrodova K.S., Potapov E.E. (2020). Efficiency of using shungite filler for modifying organic binder. IOP Conference. Series: Materials Science and Engineering, 945, 012025. https://doi.org/10.1088/1757-899X/945/1/012025 
  • Yelikbayev B., Mussina U., Jamalova G. et al. (2017). Bioremedation of oil-polluted soils based on natural and technogenic carbon-containing bioactivator – Koksu shungite. Experimental Biology, 73, pp. 141-152. https://doi.org/10.26577/EB-2017-4-1309 
  • Zahed M.A., Salehi S., Madadi R., Hejab F. (2021). Biochar as a sustainable product for remediation of petroleum contaminated soil. Current Research in Green and Sustainable Chemistry, 4, 100055. https://doi.org/10.1016/j.crgsc.2021.100055 
  • Zargar A.N., Kumar A., Sinha A. et al. (2021). Asphaltene biotransformation for heavy oil upgradation. AMB Express, 11, 127. https://doi.org/10.1186/s13568-021-01285-7 
  • Zhang C., Wu D., Ren H. (2020). Bioremediation of oil contaminated soil using agricultural wastes via microbial consortium. Scientific Reports, 10, art. 9188. https://doi.org/10.1038/s41598-020-66169-5 
  • Zhang H., Tang J., Wang L., et al. (2016). A novel bioremediation strategy for petroleum hydrocarbon pollutants using salt tolerant Corynebacterium variabile HRJ4 and biochar. Journal of Environmental Sciences, 47, pp. 7-13. https://doi.org/10.1016/j.jes.2015.12.023 
  • Zhuravleva A., Labutova N., Andronov E. (2018). Influence of oil pollution on the microbiocenosis of soils adjacent to the oil storage. Ecological genetics, 15, pp. 60-68. https://doi.org/10.17816/ecogen15460-68 
  •  
Елена Васильевна Смирнова – кандидат биол. наук, заведующий кафедрой почвоведения Института экологии и природопользования
Казанский (Приволжский) федеральный университет
Россия, 420008, Казань, ул. Кремлевская, д.18
 
Родион Владимирович Окунев – кандидат биол. наук, доцент кафедры почвоведения Института экологии и природопользования
Казанский (Приволжский) федеральный университет
Россия, 420008, Казань, ул. Кремлевская, д.18
 
Камиль Гашикович Гиниятуллин – кандидат биол. наук, доцент кафедры почвоведения Института экологии и природопользования
Казанский (Приволжский) федеральный университет
Россия, 420008, Казань, ул. Кремлевская, д.18
 

Для цитирования:

Смирнова Е.В., Окунев Р.В., Гиниятуллин К.Г. (2022). Влияние углеродных сорбентов на потенциальную способность почв к самоочищению от нефтяного загрязнения. Георесурсы, 24(3), c. 210–218. DOI: https://doi.org/10.18599/grs.2022.3.18 

For citation:

Smirnova E.V., Okunev R.V., Giniyatullin K.G. (2022). Influence of carbon sorbents on the potential ability of soils to self-cleaning from petroleum pollution. Georesursy = Georesources, 24(3), pp. 210–218. DOI: https://doi.org/10.18599/grs.2022.3.18

© 2024 Коллектив авторов