Ученые разработали биопрепарат, состоящий из комплекса микроорганизмов с разной "специализацией"
Бактериальное средство, созданное в России, способно эффективно очищать почву при температуре от 2°C. Его применение поможет решить проблему обширных загрязнений грунта в Западной Сибири, где ведется активная добыча нефти. При разработке препарата ученые использовали 220 штаммов природных бактерий, из числа которых были выбраны девять наиболее действенных. Средство успешно протестировано в реальных условиях и готово к практическому применению.
Искусственный отбор
По степени вредного воздействия на природу разливы нефтепродуктов стоят на втором месте (на первом — радиоактивные загрязнения). Причем, по оценкам экспертов, масштабы утечек растут — например, в Западной Сибири, где находятся основные месторождения нефти, площадь загрязнений составляет 700 тыс. га, что в 3,5 раза больше, чем пять лет назад.
Одна из главных причин сложившейся ситуации состоит в том, что для данного региона характерны сильные перепады летних температур (в пределах 4–35°C). До сих пор это исключало использование наиболее эффективных — бактериальных — средств борьбы с загрязнениями, которые успешно применяются в южных областях планеты. Кроме того, ситуацию усложняет повышенная соленость сибирских почв, которая требует особого подхода к созданию препаратов.
Западная Сибирь с высоты птичьего полета
Источник изображения: Фото: ТАСС
Остановить рост загрязнений может внедрение новой российской разработки, рассчитанной на очистку почвы в сибирских условиях.
— Чтобы ее создать, нам потребовалось изучить около 220 штаммов микроорганизмов, способных перерабатывать нефть в природной среде. Они были выделены из загрязненных участков, расположенных в разных регионах, — сообщил "Известиям" ведущий научный сотрудник Института биохимии и физиологии микроорганизмов им. Г.К. Скрябина РАН Андрей Филонов. — В ходе исследований выделялись "чистые" бактериальные культуры. Затем опытным путем изучались соединения. Мы выясняли, при каких условиях (температуре, солености и кислотности), а также с какой скоростью они могут справляться с нефтепродуктами.
В результате из исходных 220 штаммов были выделены девять микроорганизмов, которые решают эту задачу наиболее эффективно. Причем у каждого из них есть своя специализация на определенных видах соединений, с которыми им удается справляться лучше всего. Таким образом, комбинируя микроорганизмы, ученые рассчитывают, что каждая бактерия будет наилучшим образом выполнять свою часть работы, а "разделение труда" приведет к максимальному результату.
Как на грядке
Прежде чем приступить к очистке почвы, в которую попали продукты утечки, ученые ее изучают, чтобы выявить тип грунта, виды загрязняющих веществ и климатические особенности местности. Информация служит для подбора комбинации бактерий, которая будет работать лучше всего именно в данных условиях. Сам процесс производства препарата и его доставки не представляет сложности, поскольку все бактерии хранятся в виде сухих порошков со сроком годности два года (если хранить их при низкой температуре).
— После создания бактериальной смеси ее везут на место происшествия, смешивают с водой и равномерным слоем разбрызгивают по всей площади загрязненного участка, — рассказывает Андрей Филонов. — Если площадь небольшая, это можно сделать с помощью обычного ранцевого распылителя, который используют для опрыскивания садовых растений. Если же речь идет о более масштабной работе (например, обработке нескольких гектаров земли), здесь могут применяться специальные поливальные машины.
После обработки почвы бактериальным составом при необходимости в нее добавляют удобрения, которые содержат минеральные компоненты (фосфор и азот), способствующие более активной работе микроорганизмов. Затем землю вспахивают с помощью трактора, чтобы она лучше смешалась с активными компонентами. После этого ликвидаторам остается лишь следить за поддержанием влажности почвы, поливая ее водой при высыхании.
Фото: РИА Новости/Александр Кряжев
В процессе своей работы микроорганизмы "отъедают куски" углеводородных цепочек нефтепродуктов, постепенно укорачивая их. В конечном итоге происходит их разложение на безопасные для окружающей среды компоненты — углекислый газ и воду.
Полного очищения почвы с помощью нового препарата ученым удается добиться всего за два-три месяца.
— В настоящее время в Западной Сибири широко используется метод очистки почвы, который предполагает удаление загрязненного слоя грунта и его вывоз с места разлива нефти. Только после этого происходит его дальнейшая многоступенчатая обработка, — отметил заведующий кафедрой биологии почв факультета почвоведения МГУ им. М.В. Ломоносова профессор Алексей Степанов. — Данный способ считается наиболее эффективным, однако требует серьезных затрат и поэтому не подходит для очистки загрязнений большой площади. Технология очистки с помощью нового препарата намного проще и экономичнее за счет возможности проведения работ прямо на месте разлива — это открывает большие перспективы для его применения в будущем.
"Обучение" на месте
Помимо самого процесса разрушения нефти, бактерии способны заниматься передачей своих способностей по ее переработке микроорганизмам, которые находились в почве еще до загрязнения. По словам ученых, это возможно благодаря наличию у них дополнительных внехромосомных элементов наследственности — плазмид, которые могут передавать генетическую информацию горизонтально — от одной бактерии к другой.
— Именно из-за этой способности среди микробов распространяется устойчивость к антибиотикам, — пояснил Андрей Филонов. — Мы же обратили этот процесс на пользу экологии, поскольку с помощью плазмид наши бактерии делятся со своими соседями способностями к синтезу ферментов, расщепляющих углеводороды, — в результате процесс очистки ускоряется.
Высокую значимость использования плазмид отметили и в РГУ нефти и газа (НИУ) им. И.М. Губкина.
— Аборигенные микроорганизмы заранее адаптированы к составу почвы и климатическим условиям места, где произошел разлив нефтепродуктов, — рассказал доцент кафедры физической и коллоидной химии Губкинского университета Андрей Новиков. — Поэтому они могут намного быстрее разрушать компоненты нефти при условии передачи им генов, способствующих разложению углеводородов. Также в числе сильных сторон работы можно назвать обеспечение высокой выживаемости бактерий, которая достигается благодаря оптимальному методу приготовления биопрепарата. Это позволяет надеяться на его высокую эффективность.
Источник изображения: Фото: TASS/DPA/Armin Weigel
Помимо почвенных загрязнений новое средство можно использовать и для очистки водоемов от нефтяной пленки, для чего пострадавший участок воды нужно изолировать с помощью боновых заграждений.
Однако кроме положительных сторон у метода есть и особенности, которые ограничивают применяемость. В частности, его можно использовать, только если концентрация нефти в почве не превышает 30%. Если же этот порог пройден, то землю необходимо смешать с чистым грунтом.
— Также применение препарата, скорее всего, будет ограничено из-за большого количества болот, которые часто встречаются в Западной Сибири, — добавил Алексей Степанов. — Болотистая среда и переувлажненные торфяные почвы характеризуются низкими концентрациями кислорода, который необходим большинству бактерий, способных разлагать нефть. Поэтому эффективность работы препаратов в данных условиях будет необходимо проверить отдельно.
Между тем новый метод очистки почвы был успешно протестирован в реальных условиях Сибири, Самарской области, Краснодарского края и Казахстана.
Александр Буланов
