ВведениеУязвимость северных и арктических экосистем перед антропогенной нагрузкой обусловливает необходимость разработки эффективных биотехнологических методов, направленных на ускорение их восстановления. Актуальными направлениями экологической биотехнологии являются биоремедиация нефтезагрязненных территорий и очистка водоемов от нефти, в том числе с помощью применения различных минеральных сорбентов и биосорбентов [1, 2, 10—12]. Проведенные нами ранее лабораторные исследования также подтвердили, что биосорбционный метод очистки позволяет не только собрать нефть и нефтепродукты с водной поверхности или почвы, но и с помощью иммобилизованных микроорганизмов провести их дальнейшую деструкцию [6, 13—15]. Для оценки работы биогеосорбента в натурных условиях были проведены опытно-промышленные испытания его биотехнологических свойств.Целью данной работы была оценка технологий биоремедиации с применением биогеосорбента «Геолекс» в полевых экспериментах. Объекты и методы исследованияКомплекс проведенных работ включал следующие биотехнологические продукты:1. Биогеосорбент «Геолекс». Состав биогеосорбента «Геолекс»: клетки биопрепарата «Биотрин» — альго-бактериально-дрожжевого консорциума — бактерий Pseudomonas yamanorum ВКМ В-3033D, дрожжей Rhodotorula glutinis VKM Y-2998D, микроводорослей Chlorella vulgaris Beijer. f. globosa IPPAS C-2024, иммобилизованного на глауконитсодержащем песке Бондарского месторождения Тамбовской области (рис. 1, табл. 1, 2) [5].2. Кородревесная смесь — хорошо разложенные органические остатки со следующими свойствами: рН(вод.) — 8.15; рН(сол.) — 7.56; массовая доля азота общего — 6300 мг/кг; значения массовой доли подвижных соединений фосфора (в пересчете на P2O5) — 7000 мг/кг, калия (в пересчете на K2O) — 1030 мг/кг, Mg — 3500 мг/кг, Ca — 130 000 мг/кг.3. Материалы, необходимые для проведения технологии биоремедиации (минеральные удобрения NPK, семена трав).4. Загрязненные почвы, грунты.Опытно-промышленные испытания (ОПИ) технологий с применением биогеосорбента «Геолекс» (табл. 3)1. На территории Ямало-Ненецкого автономного округа в районе кранового узла на 76-м км трассы Новый Уренгой — Сургут был поставлен эксперимент на площадках размером (1 × 1 м). Почва (торф) была загрязнена нефтепродуктом — газолином (до 20 г/кг). В начале эксперимента с каждого участка была отобрана проба почвы (контроль). В почву экспериментальных участков были внесены минеральные удобрения (N14P14K14) в количестве 12 г и биогеосорбент «Геолекс» в количестве 20 г. Почву перекопали на штык лопаты. Эксперимент был поставлен в трех повторностях. Пробы почвы отбирали до внесения биогеосорбента и спустя 60 суток после начала эксперимента. Обозначение участка эксперимента: ОПИ-1.2. На территории Ханты-Мансийского автономного округа в районе трассы Лангепас — Покачи на загрязненной нефтью (до 6.6 г/кг) почве (торф) было разбито 3 участка 1 × 1 м в трех повторностях. В начале эксперимента с каждого участка была отобрана проба почвы (контроль). В емкостях (0.5 дм3) были разведены азотно-фосфорно-калийные удобрения (N14P14K14) по 12 г и внесены в почву. Биогеосорбент «Геолекс» был внесен в почву участков в количестве 20 г. Почву перекопали на штык лопаты. Пробы почвы отбирали до внесения биогеосорбента и спустя 60 суток после начала эксперимента. Обозначение участка эксперимента: ОПИ-2.3. На территории Республики Коми, в г. Сык­тывкаре, в районе насосной подстанции предприятия АО «Комиавиатранс» был поставлен эксперимент на площадках размером 1 × 1 м. Почва (насыпной грунт из песчано-гравийной смеси) была загрязнена нефтепродуктом — керосином (до 32 г/кг). В почву экспериментальных участков были внесены минеральные удобрения (N14P14K14) в количестве 2 г (растворялись в 1 дм3 воды) и биогеосорбент «Геолекс» в количестве 35 г (активировали в 1 дм3 воды). Почву перекопали на штык лопаты. Пробы почвы отбирали до внесения биогеосорбента и спустя 60 суток после начала эксперимента. Обозначение участка эксперимента: ОПИ-3.4. На территории Республики Коми, в п. Ярега, в районе демонтированного резервуарного парка был поставлен эксперимент на площади участка 100 м2. Почва (насыпной грунт — тяжелый суглинок) была загрязнена нефтью (до 11 г/кг). В почву экспериментального участка были внесены кородревесная смесь (покрытие поверхности загрязненного участка не более 5 см), минеральные удобрения (N14P14K14) в количестве 10 кг, активированный биогеосорбент «Геолекс» в количестве 10 кг, семена трав-рекультивантов (мятлик, овес, канареечник, клевер) в количестве 10 кг. До посева трав почву взрыхлили мотокультиватором. Пробы почвы отбирали до внесения биогеосорбента и спустя 60 суток после начала эксперимента. Обозначение участка эксперимента: ОПИ-4.Содержание нефтепродуктов (НП) определяли гравиметрическим методом, РД 52.18.647-2003 в экоаналитической лаборатории Института биологии Коми НЦ УрО РАН следующими этапами: извлечение НП из пробы путем их экстракции хлороформом; очистка экстракта методом колоночной хроматографии; определение массовой доли взвешиванием после упаривания очищенного экстракта пробы. Оборудование: весы лабораторные аналитические 1 класса точности XP205 Госреестр 30047-06, Швейцария, Mettler Toledo.Для биохимических анализов за основу были взяты методы почвенной энзимологии [4]. Дегидрогеназную активность рассчитывали по оптической плотности. Оборудование: фотоколориметр КФК-3. Результаты и обсуждениеОценка функциональных свойств биогеосорбента «Геолекс»Активность ферментов как индикатор биологической активности объекта можно применять в разных случаях. Так, например, для анализа различных функциональных показателей иммобилизованных клеток на сорбентах, таких как жизнеспособность, метаболическая и синтетическая активность, предлагаются методы, которые условно можно разделить на микробиологические, морфоцитохимические и биохимические [8].Выбранный нами метод определения ферментативной активности является достаточно чувствительным, отражающим функциональное состояние микроорганизмов. Наиболее точный и нетрудоемкий способ определения жизнеспособности иммобилизованных клеток на сорбенте — это метод определения дегидрогеназной активности биогеосорбента.Клетки микроорганизмов биогеосорбента «Гео­лекс» активировали путем замачивания в воде на 60 минут (вариант 1, 2), в вариантах 3—5 проводили измерение дегидрогеназной активности без активации (табл. 4).Дегидрогеназная активность глауконитсодержащего песка без иммобилизации микроорганизмов была нулевой. Дегидрогеназная активность активированного биогеосорбента превышала таковую в неактивированном в 2.1—2.9 раза (табл. 4). Из этого следовало, что в технологиях рекультивации необходимо рекомендовать применение биогеосорбента, предварительно замоченного в воде, для ускорения процессов деструкции нефти и нефтепродуктов. Таблица 4. Дегидрогеназная активность биогеосорбента «Геолекс», мг формазана/1 г а. с. п.Table 4. The dehydrogenase activity of the GEOLEX biogeosorbent, mg of formazan per 1 g of totally-dried soilВариантыOptionsДегидрогеназная активностьDehydrogenase activity19.75 ± 0.2228.57 ± 0.3833.33 ± 0.1143.39 ± 0.1153.74 ± 0.13Глауконитсодержащий песокGlauconite-bearing sand0  Оценка технологий применения биогеосорбента «Геолекс»Благодаря высоким сорбционным свойствам почвы нефтяные углеводороды способны аккумулироваться и сохраняться в ней длительное время, значительно ухудшая свойства почвы и ее биологическую активность. Нефть и нефтепродукты каждого региона имеют свой характерный состав, и эффект воздействия на почву будет зависеть от климатической зоны. Исходя из этого, очевидно, что и для рекультивации нефтезагрязненных объектов в каждом конкретном случае должен применяться индивидуальный подход. Условия и технологии опытно-промышленных испытаний биогеосорбента «Геолекс» представлены в таблице 3. Технология биорекультивации торфяной почвы, загрязненной газолином (ОПИ-1) и нефтью (ОПИ-2), была аналогична. В насыпной грунт из песчано-гравийной смеси, загрязненный керосином, не вносили травосмесь (ОПИ-3), а разрыхляли тяжелый суглинок, загрязненный нефтью (ОПИ-4), путем внесения кородревесной смеси с последующим применением биогеосорбента «Геолекс».Точно предсказать результаты рекультивационных мероприятий и гарантировать успех восстановления почв в полной мере в настоящее время не представляется возможным, так как процессы, определяющие динамику токсичности нефтезагрязненных почв, изучены недостаточно. И в то же время показатели биологической активности позволяют с минимальными затратами оценить влияние поллютантов на плодородие почв.Ранее проведенные в полевых условиях исследования показали возможность использования дегидрогеназы как наиболее чувствительного фермента, реагирующего на появление в почве поллютанта [3, 7, 9]. Внедренные биотехнологии усиливали процессы дегидрирования в загрязненных нефтью и нефтепродуктами участках за счет привнесения в почву микроорганизмов биогеосорбента, питательных элементов глауконитсодержащей породы, стимулирующих аборигенную микробиоту, аэрации почвы с помощью трав-рекультивантов и структуратора — кородревесной смеси (рис. 2). К концу эксперимента дегидрогеназная активность рекультивируемых почв снижалась, что свидетельствовало о восстановительном характере сукцессии.Начальная концентрация нефти и нефтепродуктов в почве рекультивируемых участков была разная. Наиболее загрязненным участком была территория в районе насосной подстанции предприятия АО «Комиавиатранс» Республики Коми в г. Сыктывкаре (ОПИ-3) (рис. 3). К концу эксперимента содержание поллютанта в почвах участков ОПИ-2, ОПИ-4 снизилось до уровня допустимого остаточного содержания нефти в почве.Эффективность примененных технологий очистки от нефти и нефтепродуктов была высокой в почве участков ОПИ-2 — ОПИ-4 (табл. 5) и невысокой в почве участка в районе кранового узла на 76-м км трассы Новый Уренгой — Сургут на территории Ямало-Ненецкого автономного округа, что говорило о токсичности газолина и, как следствие, о необходимости проведения на этом участке дополнительных биорекультивационных мероприятий: внесения кородревесной смеси, увеличения количества вносимого биогеосорбента. Таблица 5. Эффективность очистки почвы от нефти и нефтепродуктов, %Table 5. The efficiency of soil cleanup, %ОПИOptionЭффективность очистки, %Efficiency of cleanup, %168289381495 ЗаключениеВ результате иммобилизации на глауконитсодержащем песке клетки микроорганизмов, а также их разнообразные ферменты стабилизируются и длительное время сохраняют свою активность. Глауконитсодержащая порода является носителем пролонгированного действия, обеспечивая клеткам биопрепарата повышение терморезистентности, стрессоустойчивости. Перед применением биогеосорбента «Геолекс» в технологиях рекультивации необходима активация иммобилизованных на нем микроорганизмов.Технологии рекультивации, проведенные на загрязненных участках с применением биогеосорбента «Геолекс», усиливали процессы дегидрирования и окисления нефти и нефтепродуктов. Эффективность очистки от поллютантов на рекультивируемых опытно-промышленных участках составила 68—95 % за 60 суток.