Загрязнение почв нефтепродуктами представляет собой серьёзный экологический вызов, поскольку не только угрожает биоразнообразию, но и снижает плодородие земель, что прямо влияет на сельскохозяйственное производство и качество воды. Проливы нефти, аварии на нефтеперерабатывающих заводах, а также утечки в процессе добычи и транспортировки — основные источники загрязнения. Данные факторы вызывают необходимость разработки и внедрения эффективных методов очистки почв, одним из которых является фиторемедиация с использованием мискантуса гигантского.
Мискантус гигантский (Miscanthus giganteus) - многолетняя злаковая культура, отличающаяся быстрым ростом и высокой урожайностью на почвах различного происхождения, включая земли, подверженные антропогенному воздействию. Оно включено в список рекомендуемых биотопливных культур в странах с ограниченными энергоресурсами и имеет высокий потенциал в восстановлении низкоплодородных и загрязненных почв (подробнее - Восстановление почв с мискантусом гигантским).
Тернопольский эксперимент
В 2022 году учеными из Тернопольского национального педагогического университета имени В. Гнатюка было проведено исследование, в котором изучалась динамика основных показателей химического состава почвы, загрязненной нефтепродуктами, при выращивании мискантуса гигантского и добавлении биочара (биоуголя).
Для проведения эксперимента отбирали почву с территории агробиологической лаборатории Тернопольского национального педагогического университета им. В. Гнатюка в соответствии с ДСТУISO 11464:2007 (госпотребстандарт Украины к качеству почвы - прим.ред.). Грунт просушивали до постоянного веса на воздухе и просеивали для удаления камней и остатков растений (диаметр ячейки сита - 3 мм). Для искусственного загрязнения почвы использовали дизельное топливо (ДТ) экологического класса Евро –4.
Были проведены две серии исследований. В первой серии экспериментов для выращивания культуры мискантуса гигантского использовали почву, искусственно загрязненную дизельным топливом. Концентрации ДТ составляли 0; 0,25; 1,0; 3,0 и 5,0 г/кг. Смешивание грунта с ДТ осуществляли в бетономешалке. В выборе концентраций опирались на градацию загрязненности почв, разработанную Ю. И. Пиковским (1993), где указано, что концентрации ДП от 100 до 500 мг/ кг считаются повышенным фоном, концентрации от 500 до 1000 мг/кг относятся к умеренного загрязнения (низкого), от1000 до 2000 мг/кг – до умеренно опасного (высокого), от2000 до 5000 мг/кг – к сильному опасному загрязнению, а более 5000 мг/кг – к очень сильному загрязнению.
Во второй серии исследований к почве добавляли биочар (биоуголь), содержание которого составляло 5%. В процессе смешивания в смесь почва+биочар были добавлены те же концентрации дизельного топлива (ДТ), что и в первом опыте.
Эксперимент проводили в вегетационных сосудах в теплице. Дно емкостей заполняли дренажным материалом – керамзитом, массой 1,0 кг, который накрывали марлей и сверху засыпали речным песком массой 1,0 кг, который снова накрывали марлей. После этого в вегетационные сосуды засыпали подготовленную воздушно-сухую грунтовую смесь массой 8 кг.
Влажность субстрата во время эксперимента поддерживали на уровне 60% полной влагоемкости (ПВ) весовым методом, используя для полива отстоянную водопроводную воду. Для предотвращения пересыхания почвы после высадки растений поверхность мульчировали песком массой 1,0кг.
В каждый вегетационный сосуд высаживали две ризомы мискантуса гигантского на глубину 10 см. Повторение вариантов3-разовое. Одновременно были выполнены варианты с грунтом и почвой и биочаром без высадки растений. Схема опыта приведена в таблице.
Во время роста растений M. giganteus определяли химические показатели почвы, используя стандартные методики. Отбор проб почвы осуществляли в начале опыта – всходы растений (апрель), в середине вегетации мискантуса (июнь) и в конце вегетации культуры (сентябрь).
Результаты исследования и выводы
Добавление биочара в почву увеличивало содержание нитратного азота, который активно использовался растениями в период вегетации. Особую активность при поглощении нитратных анионов проявлял мискантус во второй серии эксперимента, когда почва вместе с биочаром была загрязнена ДП. Содержание NH4+ увеличивалось в обеих сериях эксперимента в течение вегетации, что обусловлено меньшей способностью растений усваивать аммонийный азот по сравнению с нитратным.
Внесение биочара было существенным источником фосфора в почве. Растения гигантского мискантуса активно поглощали водорастворимые формы этого элемента, особенно в период с июня по сентябрь.
В почву с добавлением биочара вводилась дополнительная порция калия, которая активно потреблялась растением M. giganteus. Наименьшее количество калия поглощалось растениями в обеих сериях экспериментов при самом высоком содержании дизельного топлива в почве (5 г/кг).
Внесение в почву нефтепродуктов в значительной степени влияло на рост обменной кислотности. Добавление биочара способствовало смещению кислотно-основного равновесия в сторону защелачивания, однако к завершению вегетации мискантуса (сентябрь) происходило снижение рН солевой вытяжки почвы.
Уже в начале эксперимента добавление биочара в почву обусловливало уменьшение содержания ДП в вариантах С,D и E, где концентрации нефтяных углеводородов превышали предельно допустимый уровень.
В процессе вегетации мискантуса с апреля по сентябрь установлено снижение концентрации нефтепродуктов в почве в среднем1,5-1,7 раза. Особенно заметно уменьшение количества ДП было обнаружено в Е группе с биочаром – от 3500 до 1650 мг/кг почвы.
Процесс деградации дизельного топлива достаточно сложен и включает в себя ряд как химических, так и биологических процессов. Для определения роли гигантского мискантуса в очищении от ДТ, учеными был организован контрольный эксперимент, где почва и почва с биочаром были загрязнены ДТ без посадки растений. Результаты анализа показали, что в отсутствие растений концентрация ДТ к концу опыта была выше в среднем в 1,1–1,3 раза, чем в почве и биочаре, где рос мискантус.
Вывод: таким образом, наиболее значительное уменьшение концентрации дизельного топлива в почве происходит при одновременном добавлении биочара и выращивании культуры мискантус гигантский, что может эффективно использоваться для ремедиации земель, загрязненных нефтепродуктами.
__________________________________________________________________________________________
В публикации использованы материалы Тернопольского национального педагогического университета имени В. Гнатюка - В. А. ХОМЕНЧУК, А. И. ГЕРЦ, А. Б. КОНОНЧУК, Н. В. ГЕРЦ. ВИКОРИСТАННЯ БІОЧАРУ І МІСКАНТУСУ ГІГАНТСЬКОГО (MISCANTHUS GIGANTEUS) ДЛЯ РЕМЕДІАЦІЇ ҐРУНТУ, ЗАБРУДНЕНОГО НАФТОПРОДУКТАМИ. - Наук. зап. Терноп. нац. пед. ун-ту. Сер. Біол., 2022. Т. 82, № 4.
Если вам понравилась статья, не забудьте поставить 👍 и подписаться на наш канал ✅!
Наш сайт: https://misc.farm
Телефон: +7 (495) 177-89-89
Email: info@misc.farm
Мы в соцсетях:
Telegram: https://t.me/miscant
Одноклассники: https://ok.ru/group/70000007152054