№№4-9(49-54), сәуір-қыркүйек, апрель-сентябрь, April-September, 2014



жүктеу 5.13 Kb.

бет2/19
Дата22.04.2017
өлшемі5.13 Kb.
1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   19

Scientific innovation 
First time in the multi-level system of oil-contaminated soil bioassays were included 
indicators of cyanobacteria-algal cenoses (CAC). 
Developed by coefficient of biological soil activity (BSA). 
BSA  includes  the  activity  level  of  enzyme,  the  number  of  heterotrophic  and 
hydrocarbon-oxidizing 
microorganisms 
(HOM), 
microscopic 
fungi, 
algae 
and 
cyanobacteria. 
Practical significance of the work 
The developed multi-component test system allows you to  get reliable results when 
assessing the nature and extent of oil pollution of the soil. It can be enabled as part of the 
system  of  ecological  monitoring.  The  results  of  researches  can  be  used  in  courses  of 
lectures  «Protection  of  nature»,  «Industrial  ecology»,  «Ecology  and  rational  nature 
management». The developed rate BSA allows you to compare the functional state of soils 
at  different  stages  of  oil  biodegradation,  and  may  serve  as  an  additional  argument  for 
choosing a particular method of remediation. 
Acknowledgements 
The author expresses his deep appreciation and gratitude to the supervisor: Professor 
Yang  Haizhen  and  PhD,  Associate  Professor  Lu  Zhibo,  for  their  invaluable  help  in 
carrying out this research, as well as all colleagues and members of the laboratory. 
 
RESEARCH 
Research on oil-contaminated and reclaimed soils were conducted from August 2012 
to  November  2012  in  an  industrial  landfill  for  disposal  and  recycling  of  waste  oil  and 
Laboratory of Eco-Technics Company in Kazakhstan, Atyrau. 
In  laboratory  and  field  conditions  was  investigated  of  changes  in  soil  biological 
activity  (gray  forest,  black  soil)  contaminated  with  oil,  and  soil  at  various  stages  of 
reclamation microbial agents. For bioremediation were used: 
1) Biological product «Lenoyl» on the based on the natural microbial consortium of 
Bacillus and Arthrobacter. 
2) Biological product «Azolen» on the based on the natural microbial consortium of 
Arthrobacter. 
3)  Biological  product  «Belvitamil»  is  aerobic-anaerobic  microorganisms  containing 
hydrocarbon-oxidizing  microorganisms  of  the  genera  Arthrobacter,  Bacillus,  Candida, 
Pseudomonas (only 10 species). 
 
RESULTS AND DISCUSSION 
Changing the biological activity of the soil under the influence of oil pollution 
The  biological  activity  of  oil-contaminated  soil  was  in  a  depressed  state  due  to 
inhibitory  action  of  oil  into  its  constituent  components.  Oil  pollution  has  a  significant 
effect on the enzymatic activity of soils. Catalase activity fell sharply in soil contamination 
by  oil,  and  the  degree  of  inhibition  of  enzyme  activity  was  directly  dependent  on  the 
concentration  of  the  pollutant.  In  contrast  of  catalase,  oil  pollution  in  small  and  medium 
concentrations after an initial period of decline, has a stimulating effect on the activity of 
soil lipase. The activity of chitinase and cellulase initially declined under the influence of 
oil and gradually recovered with increasing periods of incubation. 
Under  the  influence  of  oil  pollution  of  soil  microbial  parameters  were  changed. 
Adding oil contributed to the rapid growth of the number of HOM (Table 1). Heterotrophic 
microbial  complex  part  of  the  oil-contaminated  soil,  which  was  originally  located  in  a 
depressed state, gradually recovered over time. 

№№4-9(49-54), сәуір-қыркүйек, апрель-сентябрь, April-September, 2014         ISSN 2307-020X 
Elorda ġylymi habaršysy – Naučnyj vestnik stolicy – Scientific messenger of the capital 
______________________________________________________________
 
 
 
 
10 
In  soil  contaminated  with  oil  at  a  concentration  of  8%,  an  increase  in  species 
diversity of microscopic fungi isolated from the expanded list of contaminated soil types, 
apparently  involved  in  the  disposal  of  oil  or  simply  resistant  to  this  type  of  pollution.  In 
contrast  to  the  control  options,  where  representatives  of  the  genera  Aspergillus  and 
Penicillium  were  typical  sparse  along  with  representatives  of  other  genera  (Trichoderma, 
Mucor,  Scopulariopsis),  in  heavily  contaminated  soil  increased  the  proportion  of  species 
belonging  to  these  two  genera,  and  they  moved  into  the  category  of  typical  frequent  and 
dominant. 
Oil  pollution  at  a  concentration  of  1%  already  impacted  heavily  on  quantitative 
indicators of germination, speed of germination and seed vigor. In soils with contamination 
8% mortality of seeds reached almost 100%. 
Numerous  experiments  carried  out  using  two  types  of  Collembola  (Folsomia 
candida,  Onychiurus  stachianus)  over  all  possible  scenarios  of  stressful  situations,  have 
shown  that  they  respond  to  both  direct  and  indirect  effects  on  oil  pollution  and  died  in 
«fresh» pollution. 
Evaluating  the  effectiveness  of  remediation  of  contaminated  soils  using 
microbial preparations 
We studied three methods  of bio  augmentation  with  microbial  preparations  Lenoyl, 
Azolen  and  Belvitamil.  The  efficiency  of  soil  treated  with  these  drugs  was  estimated 
separately  for  each  of  the  parameters  studied  and  compared  with  similar  values  of 
background soil and soil contaminated with oil without biologic treatment. 
Exploring the changes of soil biological activity in the remediation of oil pollution, 
we  compared  them  with  quantitative  data  of  residual  oil.  Adding  drugs  contributed  to  a 
significant increase in the rate of degradation of hydrocarbons. In soils Biotherapy amount 
of residual oil was reduced to 90 days to 45-60% of the original, depending on the initial 
concentration of oil. 
All of the studied biological preparations have had a positive impact on soil catalase 
activity,  the  growth  of  heterotrophic  and  hydrocarbon-oxidizing  microorganisms.  The 
stimulating effect of drugs on the development of heterotrophic microorganisms due, most 
likely, with a reduction in the overall toxicity of the soil with the simultaneous appearance 
of  additional  resources.  The  LCS  is  a  priori  an  incentive  to  the  development  due  to  the 
appearance  of  hydrocarbons  in  the  conditions  with  the  application  of  biological  products 
exhibit  more  rapid  growth,  although  in  some  cases  there  was  antagonism  of  native  and 
inoculated hydrocarbon oxidizing micro biota. 
Using  Lenoyl  for  bioremediation  led  to  some  reduction  in  the  number  of 
micromycetes  through  the  introduction  of  hydrocarbon-oxidizing  bacteria  of  the 
consortium, which forms the basis of a biological product that contributed to the recovery 
ratio  of  bacteria  –  fungi.  The  use  of  a  biological  product  Lenoyl  for  cleaning  oil-
contaminated  black  soil  also  has  an  impact  on  the  species  composition  of  the  complex 
micromycetes.  In the version  with  low concentrations  of oil were identified fungi  are not 
found  in  the  other  samples.  In  samples  of  contaminated  soils  with  Belvitamil,  compared 
with  those  without  a  biological  product,  there  was  a  significant  stimulation  of  certain 
micromycetes. 
The  most  effective  biological  preparations  for  reducing  phytotoxicity  in  this 
experiment  were  the  Azolen  have  a  positive  effect  on  the  recorded  performance 
(germination,  vigor  and  speed)  throughout  the  experiment  in  all  concentrations.  These 
results  seem  to  be  quite  natural  if  we  take  into  account  that  the  Azolen  was  initially 
developed  as  a  bio-fertilizer.  It  is  known  that  the  microorganisms  are  included  in  it  have 
the  ability  to  fix  atmospheric  nitrogen  synthesis  plant  growth  stimulants  and  antagonize 
against phytopathogenic fungi. 

№№4-9(49-54), сәуір-қыркүйек, апрель-сентябрь, April-September, 2014         ISSN 2307-020X 
Elorda ġylymi habaršysy – Naučnyj vestnik stolicy – Scientific messenger of the capital 
______________________________________________________________
 
 
 
 
11 
Table 1 – Effect of different concentrations of oil on phytotoxicity of soil 
Note: the «+» denotes the appearance of offspring 
 
Version 
Collembola Survival in soils with different concentrations of oil (%) 
Folsomia Candida 
Onychiurus stachianus 
3 Days 
30 Days 
90 Days 
3 Days 
30 Days 
90 Days 

100+ 
100+ 
100+ 
100+ 
100+ 
100+ 
C+1% 
50 
70 
90 
40 
70 
100+ 
C+4% 

30 
65 
30 
60 
85 
C+8% 






1%+L 
70 
85 
95+ 
90 
95 
100+ 
4%+L 
10 
40 
75 
60 
80 
95 
8%+L 


15 


25 
1%+A 
45 
55 
65 
40 
70 
90 
4%+A 

15 
30 
25 
50 
85 
8%+A 


10 


15 
1%+B 
65 
85 
90 
65 
85 
90+ 
4%+B 

40 
80 
50 
75 
90 
8%+B 


20 

10 
25 
 
The use of different biological preparations for remediation of contaminated soils has 
provided an ambiguous  effect  on the species  diversity of CAC  in  the background,  and in 
contaminated  soil.  Being  in  the  surface  layers  of  soil,  cyanobacteria  and  algae  quickly 
reacted  to  the  introduction  of  the  test  substances,  while  showing  the  various  reactions  of 
different groups on different biological preparations. 
The  greatest  variety  of  species  of  cyanobacteria  and  algae  was  observed  in  the 
contaminated soil treated Lenoyl (Table 1). Under its action was a decrease toxicity of oil 
introduced.  Application  Lenoyl  contributed  to  the  recovery  of  species  diversity  of  algae 
and cyanobacteria at 1% contamination. 
 
Table 2 – Change qualitative and quantitative characteristics of the CAC 
 
Terms of sampling, days 

C+L 
1% 
1%+L 
4% 
4%+L 
Number of species 
30 
13 





90 
15 
15 
10 
15 


180 
19 
19 
16 
19 


All period of observation 
26 
24 
22 
23 


Level of development CAC (points) 
30 
69 
58 
13 
24 


90 
88 
87 
35 
66 


180 
97 
77 
56 
62 

16 
 
Reclamation of soil contaminated with oil at a concentration of 8%, did  not lead to 
the  restoration  of  species  diversity  of  algae.  Only  representatives  of  cyanobacteria  of  the 
genus  Nostoc  detected  these  soil  samples.  Obviously,  for  the  recovery  of  the  species 
composition  of  algae  needs  to  re-process  of  biological  preparations  or  longer  to  detoxify 
pollutants. 
 

№№4-9(49-54), сәуір-қыркүйек, апрель-сентябрь, April-September, 2014         ISSN 2307-020X 
Elorda ġylymi habaršysy – Naučnyj vestnik stolicy – Scientific messenger of the capital 
______________________________________________________________
 
 
 
 
12 
Table 3 – BSA values in various embodiments experiments (3 days) 
Note: The test organism died = «-» 
 
Variants 
of the 
experim
ent 
Test – objects 
BSA 
Catal
ase 
Heterotrop
hic 
microorga
nisms 
HO

Microsc
opic 
fungi 
Soil 
alga

Plant

Invertebr
ates 
Control 
1,00 
1,00 
1,00 
1,00 
1,0

1,00 
1,00 
1,00 
C+(1%) 
0,62 
0,87 
1,06 
0,96 
0,8

0,88 
0,45 
0,83 
C+(4%) 
0,24 
0,83 
1,04 
0,95 
0,7

0,53 
0,30 
0,67 
C+(8%) 
0,16 
0,75 
1,08 
1,21 

0,05 

0,57 
1% + L 
0,32 
0,93 
1,08 
1,34 
1,1

0,94 
0,80 
0,94 
4% + L 
0,22 
0,88 
1,11 
1,25 
1,0

0,54 
0,35 
0,77 
8% + L 
0,05 
0,75 
1,22 
1,21 

0,10 

0,48 
1% + A 
0,76 
1,04 
1,05 
1,58 
1,0

1,15 
0,43 
1,00 
4% + A 
0,49 
0,97 
1,12 
1,55 
0,9

0,68 
0,15 
0,85 
8% + A 
0,18 
0,81 
1,25 
1,53 

0,13 

0,56 
1% + B 
0,68 
0,90 
1,15 
1,33 
1,1

0,78 
0,65 
0,95 
4% + B 
0,46 
0,87 
1,24 
1,37 
0,9

0,54 
0,25 
0,81 
8% + B 
0,11 
0,77 
1,26 
1,41 
1,0

0,12 

0,67 
 
Using  such  an  integrated  indicator  as  BSA  gives  an  indication  of  the  generalized 
reaction  of  the  soil  ecosystem  on  oil  pollution  and  more  reliable  results  about  the 
effectiveness of biological preparations used in bioremediation. 
In Tables 3 and 4 shows the coefficient of BSA calculated for all the variants of the 
experiment with incubation periods of 90 days and 3 days. As seen from the results (Table 
3, 4), the total oil pollution of soil biological activity noticeably decreased. The degree of 
suppression  of  the  biological  activity  was  dependent  on  the  concentration  of  oil  and  the 
time elapsed since entering it into the soil. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

№№4-9(49-54), сәуір-қыркүйек, апрель-сентябрь, April-September, 2014         ISSN 2307-020X 
Elorda ġylymi habaršysy – Naučnyj vestnik stolicy – Scientific messenger of the capital 
______________________________________________________________
 
 
 
 
13 
Table 4 – BSA values in various embodiments experiments (90 days) 
Note: The test organism died = «-» 
 
Variants of 
the 
experiment 
Test – objects 
BSA 
Catala
se 
Heterotr
ophic 
microorg
anisms 
HOM 
Micros
copic 
fungi 
Soil 
alga

Plants 
Inverteb
rates 
Control 
1,00 
1,00 
1,00 
1,00 
1,00 
1,00 
1,00 
1,00 
C+ (1%) 
0,76 
1,03 
1,25 
1,08 
0,83 
1,05 
0,95 
0,99 
C+ (4%) 
0,39 
1,02 
1,32 
0,90 
0,79 
0,84 
0,75 
0,86 
C+ (8%) 
0,22 
0,92 
1,32 
0,95 

0,33 
0,03 
0,54 
1% + L 
1,13 
1,07 
1,28 
1,36 
1,19 
1,31 
1,00 
1,19 
4% + L 
0.63 
1,10 
1,35 
1,11 
1,03 
0,9 
0,85 
1,00 
8% + L 
0,33 
0,96 
1,38 
1,00 

0,23 
0,2 
0,59 
1% + A 
1,04 
1,04 
1,33 
1,02 
1,20 
1,40 
0,77 
1,11 
4% + A 
0,57 
1,04 
1,35 
1,05 
1,04 
0,85 
0,57 
0,92 
8% + A 
0,26 
0,98 
1,34 
0,96 

0,39 
0,12 
0,58 
1% + B 
1,22 
0,94 
1,09 
1,01 
1,18 
1,19 
0,9 
1,08 
4% + B 
0,70 
0,97 
1,25 
1,07 
1,06 
0,72 
0,85 
0,95 
8% + B 
0,43 
0,94 
1,28 
1,10 
0,83 
0,37 
0,22 
0,74 
 
In contrast to the soil exposed to the weak contamination (1%), biological activity in 
90 days almost completely restored (BSA for 1% contamination after 90 days = 0.99), with 
an average degree of soil contamination (4%) are not able to return to its original state at 
the  expense  of  internal  resources  for  such  a  length  of  time  (BSA  for  4%  of  pollution  = 
0.67,  0.79  and  0.86  after  3,  30  and  90  days  of  incubation  of  the  soil,  respectively).  At 
higher concentrations  of oil (8%) the value of the BSA during the observation period  (3, 
30, 90 days) remained virtually unchanged and ranged from 0,54-0,57 units. 
Against  this  background,  good  monitor  progress  on  the  introduction  of  biologics. 
Already 3 days meaning BSA soils biological preparations  were significantly higher than 
in untreated. Thus, in the soil with the introduction Lenoyl it equaled 0.77 Azolen  – 0.85 
Belvitamil – 0.81. The trend of recovery of biological activity in soils with 4% of oil and 
biological  preparations  continued  throughout  the  experiment  and  after  90  days  BAP 
indicators  were  as  follows:  4%  of  the  oil  without  processing  –  0.86,  with  Lenoyl  –  1.00, 
with Azolen – 0.92 c Belvitamil – 0.95. 
Based on these results, we can say the undeniable effectiveness of such specimens as 
tools  to  restore  the  biological  activity  in  soils  affected  by  oil  pollution  medium  (equal  in 
our case, 4%). Use of biological  preparations in  high concentrations  of oil (8%) failed to 
significantly alter the rate of recovery of biological activity. Perhaps in the long term, the 
introduction  of  biological  preparations  into  the  soil  with  heavy  pollution  will  play  a 
positive  role,  but  as  part  of  our  experiment,  significant  increases  in  BSA  values  were 
observed.  The  only  drug  that  has  shown  good  results  in  the  restoration  of  BSA  8% 
contamination was Belvitamil (BSA for 8% of pollution in 90 days = 0.54 with Belvitamil 
–  0,  74).  Most  likely,  this  is  due  to  its  multi-component  composition,  which  includes 
proteins,  vitamins  and  minerals  that  serve  as  energetic  materials  for  soil  micro  biota,  as 
well as low molecular weight cellulose fiber and lignin having some oil capacity. 
 
 

№№4-9(49-54), сәуір-қыркүйек, апрель-сентябрь, April-September, 2014         ISSN 2307-020X 
Elorda ġylymi habaršysy – Naučnyj vestnik stolicy – Scientific messenger of the capital 
______________________________________________________________
 
 
 
 
14 
CONCLUSION 
1.  A  new  test  system,  including  indicators  of  the  enzymatic  activity  (catalase), 
number  of  heterotrophic  and  hydrocarbon-oxidizing  microorganisms,  quantitative  and 
qualitative composition of microscopic fungi, algae and cyanobacteria, as well as levels of 
phyto  and  zoo  toxicity.  This  system  can  be  used  to  assess  the  state  of  soil  and  the 
effectiveness of different remediation of contaminated soils and disturbed. 
2.  To  determine  the  biological  activity  of  the  developed  integrated  indicator  of  the 
biological activity of the soil (BAP). It allows you to more reliably assess the condition of 
the soil, than the use of any of its individual characteristics. 
3.  The  studied  biologics  Azolen,  Lenoyl  and  Belvitamil  proved  effective  in  the 
reduction  of  the  biological  activity  of  oil-contaminated  soils.  Bioremediation  techniques 
using  these  preparations  had  the  highest  efficiency  in  the  initially  low  (1%)  or  average 
(4%)  contamination,  with  moderately  heavy  contamination  (8%),  the  most  active 
preparation Belvitamil. 
4.  Biological  preparations  Azolen,  Lenoyl  and  Belvitamil  did  not  have  their  own 
properties.  When  making  biologics  for  remediation  of  contaminated  soils  toxic  effects  of 
oil  on  soil  algae  and  cyanobacteria  decreased.  The  most  effective  recovery  of 
cyanobacteria-algal cenoses was Lenoyl with its introduction of the contaminated soil (1% 
and  4%  oil  concentration)  showed  complete  recovery  of  the  species  composition, 
abundance and biomass of algae cells and cyanobacteria and with 8% of pollution all three 
biological preparations were ineffective. 
5.  Azolen,  Belvitamil  and  Lenoyl  had  similar  stimulatory  effects  on  the  activity  of 
soil  catalase.  Dynamics  of  catalase  activity  is  maintained  throughout  the  experiment. 
Samples  in  the  original  pollution  1%  after  90  days,  these  values  become  higher  than  the 
control.  The  use  of  drugs  contributed  to  the  recovery  number  of  heterotrophic 
microorganisms.  After  90  days  in  a  slightly  (1%),  and  soiled  (4%)  soils,  with  the 
introduction  of  Azolen  and  Lenoyl  their  number  was  greater  than  in  controls.  Belvitamil 
positively influenced the growth of heterotrophic organisms in soils with an initially strong 
(8%) contamination. Hydrocarbon-oxidizing microorganisms are encouraged to develop at 
the  expense  of  petroleum  hydrocarbons,  showed  even  more  rapid  growth  in  the  use  of 
biologics, especially Belvitamil and Lenoyl. In soils treated with these drugs, after 30 days 
the number of hydrocarbon-oxidizing microorganisms in the order of 107. 
6. Application of biological preparations reduced the toxicity of zooplankton. Lenoyl 
had a stimulating effect on the growth of radish seedlings at 1% contamination during the 
experiment. Adding soil biological preparations with higher concentrations of oil (4% and 
8%)  affected  only  increase  germination  percentage,  increased  seedling  lengths  were 
observed.  The  most  effective  biological  preparation  for  reducing  phytotoxicity  in  this 
experiment  was  Azolen  have  a  positive  effect  on  the  recorded  performance  (length  of 
seedlings emergence, energy and germination rate of the seeds) throughout the experiment 
in  all  concentrations.  Survival  of  Collembola  depended  on  the  time  elapsed  from  the 
moment  of  getting  oil  into  the  soil  and  the  concentration  of  oil  pollution,  as  well  as  the 
specific  features  of  their  resistance  to  oil.  In  the  soil  with  8%  concentration  of  oil 
specimens of springtails. 

1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   19


©emirb.org 2017
әкімшілігінің қараңыз

войти | регистрация
    Басты бет


загрузить материал