Использование дождевых червей для очистки почв от ионов свинца

USING EARTHWORMS TO CLEAN SOIL FROM LEAD IONS

Abstract: the article is devoted to the study of the earthworms using possibility for cleaning lead ions contaminated soils. It was found that 0.7% lead content in the soil leads to total death of all worms. Additional introduction of leaf litter into the soil reduces the acutely toxic effect of lead ions with a parallel increase in the biomass of earthworms and a decrease in the content of lead ions in the soil.

Key words: lead ions, lubrication, earthworms, clean up soil accumulation.

В настоящее время одной из острых экологических проблем является деградация земель, особенно в местах добычи и переработки природных ресурсов, местах складирования отходов горно-металлургического комплекса. Особое место среди поллютантов занимают тяжелые металлы, влияние которых на все уровни организации живой материи, зачастую имеет необратимый характер[1, с.4]. Разработаны разные физико-химические методы очистки загрязненных почв от ионов свинца. Известен способ, где используется органоминеральный компост, который готовят путем смешивания фосфогипса, суперфосфата простого и перегноя крупного рогатого скота, при следующем их соотношении в зависимости от уровня концентрации щелочных металлов, масс.%: фосфогипс -10,0-15,0, суперфосфат простой -0,8-1,0, перегной КРС-остальное. Компост вносится однократно на 4-5 лет в дозе 100-110 т/га с содержанием в нем органического вещества до 20% и с рН 6,0-6,5, способной снизить щелочность черноземной почвы до 7,2-7,8, с последующей заделкой компоста на глубину до 20-25 см[2, с.3]. В качестве недостатка использования данного способа можно рассмотреть трудоемкость процесса из-за необходимости подготовки смеси с последующими агротехническими мероприятиями, невысокая эффективность использования способа для очистки истощенных почв от ионов свинца.

Анализ существующих способов очистки почв от свинца показывает эффективность использования биологических объектов в биоремедиационных целях. Например, известен способ биологической очистки почв от тяжелых металлов, согласно которому на загрязненные почвы высаживают один из видов древесных пород из следующих видов: кизильник черноплодный, яблоню домашнюю, иву пятитычинковую, иву ломкую, липу крупнолистную, орех манчьжурский, сосну обыкновенную, липу мелколистную, орех серый, бузину кистевидную[3, с.1]. Этот способ позволяет проводить рекультивацию загрязненных земель с повышением выноса тяжелых металлов из почвы за счет биологической очистки. Украинские ученые для целей ремедиации загрязненных свинцом почв предлагают высаживать кукурузу[4, с.2].

Нельзя не учитывать тот факт, что дождевые черви (Lumbricidae, Oligochaeta) являются активными почвообразователями, активно минерализующими органические отходы. При этом установлено, что дождевые черви способны к аккумуляции ионов свинца в своих тканях [5, с.13].

В связи с этим, целью данного исследования было изучение возможности использования дождевых червей для очистки почв от ионов свинца.

Материалы и методы исследований

В исследованиях был использован суглинистый серозем, наиболее распространенный тип почвы на юге Казахстана. Содержание в этих почвах гумуса- 1,6-1,8%, общего азота (по Кьельдалю)- 0,146%, подвижного Р 2О 5 - 38 мг/кг почвы. Отбор и подготовка проб почвы осуществлялась согласно ГОСТ 17.4.4.02-84. В качестве контроля использовалась чистая почва. В опытных вариантах использовалась почва, смешанная с листовым опадом в различных соотношениях.

Свинец, в пересчете на ионы свинца, в опытах вносился в виде водного раствора PbSO4.

Почвы предварительно просеивались и смешивались с листовым опадом в различном соотношении. Листовой опад был добавлен для активизации деятельности дождевых червей. Опыт ставился в пластиковых емкостях объемом 5 л, в которые помещалось по 3 кг почвенной смеси, в которые вносился водный раствор РЬБ 04, содержащий от 0,1 до 1,0% ионов свинца. Опыт проводился в трех вариантах, где в каждый вариант вносились 30 взрослых особей дождевых червей аборигенных видов.

Статистическая обработка полученных результатов проводилась вычислением среднего арифметического значения и величины стандартного отклонения. Все определения проводились в 3-х и 5-ти кратной повторности. Данные обрабатывались с помощью персонального компьютера 1ВМ "Репйиш" на базе пакетов прикладных программ "Ехсе 1"[6, с.265].

Результаты исследования и их анализ

Результаты проведенных исследований показали, что для червей острый токсический эффект ионов свинца проявляется уже при 0,7% в варианте без добавления листового опада, где отмечена 100% гибель всех особей. При этом червы выползают на поверхность загрязненной почвы, на поверхности их покровов обильно выделяется слизь, время гибели червей обратно коррелирует с концентрацией свинца в почве. Данный токсический эффект подтвержден и результатами экспедиционных выездов на места складирования токсичных свинцово-цинковых, полиметаллических и фосфорсодержащих отходов Туркестанской области (бывшей ЮжноКазахстанской области), где отмечено полное отсутствие люмбрикофауны на расстоянии до 3 км вокруг терриконов. При 0,6 и 0,5% процент смертности червей снижается до 70,0 и 60,0% соответственно. С другой стороны, введение листового опада способствует выживаемости червей. Установлено оптимальное соотношение почвы с листовым опадом 1:1, при котором отмечено практически полное выживание червей (95,0%) при 0,6% загрязнении почвы ионами свинца.

За 2 месяца эксперимента листовой опад в варианте с 0,6 и 0,5% ионов свинца, был полностью переработан в гумус, а биомасса дождевых червей увеличилась в 1,3-1,8 раза. Результаты химических анализов показали уменьшение содержания ионов свинца в данных вариантах на 68,9±3,5, 77,4±4,8 и 85,3±5,6 % соответственно. Было установлено, что за данный период времени дождевые черви, введенные в реальную почву с территорий города Шымкент, содержащие 0,6% ионов свинца аккумулируют в своих тканях до 2,49 % атомной доли ионов свинца, до 1,32% мышьяка, 0,81% цинка по сравнению с особями из контрольных вариантов с чистой почвой (рисунок 1).

железо фосфор цинк свинец мышьяк

I контроль опыт

Рисунок 1. Накопление ионов тяжелых металлов в тканях дождевых червей

Для использования дождевых червей в целях очистки почв от ионов свинца необходимо сформировать бурты из почв, содержащих не более 1,0 г/кг свинца, куда вносятся дождевые черви в расчете 1000 штук на 1 т. Бурт формируют на естественном грунте вне помещения высотой 35-45 см. Поверхность бурта закрывают слоем листового опада или соломы толщиной 4-6 см, обеспечивающим доступ воздуха и влаги к поверхности бурта. В бурте поддерживается влажность на уровне 55-75 % и выдерживаются в течение 1 месяца. После завершения процесса бурт распределяют на поверхности почвы.

Таким образом, установлено, что содержание 0,7% свинца в почве оказывает остро токсичный эффект на дождевых червей. Дополнительное введение в почву листового опада снижает токсический эффект, при этом отмечено увеличение биомассы дождевых червей и снижение содержания ионов свинца в почве. Помимо свинца черви аккумулируют цинк, мышьяк, железо и фосфор. Способность к аккмуляции ионов свинца у дождевых червей может быть использована в биоремедиационных мероприятиях.

Литература