Фіторемедіація нафтозабруднених грунтів за допомогою рослин carex hirta l.

Abstract: Boryslav oil region is situated in Lviv area and is one of the oldest in the Europe. For its 150-years history of development there were extracted 40 million tons of oil and 15 billion m3 of gas. Today the deposit is being at a final stage of development because of it almost exhausted layers. An exploitation of the old wells is occurring at a low technological cultural level and creates a serious environmental problems: air, water and soil are chronically polluted.  At the same time there are resistant plant species in the areas of oil production, which can be used for environmental phytoremediation. Phytoremediation is a promising technology for purification of the soils: it is cheap, doesn’t require any special equipment and promotes a preservation and improvement of an environment. An aim of our researches was to investigate if  Carex hirta L. plants are usable  for this technology of contaminated soil purification. Crude Borislav oil was used in the experiments. The vegetative individuals of C. hirta were planted into contaminated soil three weeks after adding of oil (50 g/kg). Plants were analyzed after 30 days of growth on oil-contaminated soil. In order to establish (assess) the role of plants in the oil degradation, they were grown in sterile pots with sterile soil in the laboratory. Clean pots were treated with bleach, then were rinsed with running and distilled water. Dry sodpodzolic soil was sterilized in an autoclave at 1.5 atmospheres for 2 hours. Sterile contaminated soil was put into sterile pots. Half of the pots were planted by С.hirta plant with sterile roots. Pure plant roots were placed for 5-7 seconds in 70% ethanol, then were rinsed with chlorhexidine and with sterile distilled water. Oil content in the soil was determined by a modified method of oil extraction from the soil samples by carbon tetrachloride. Laid field experiments were aimed to study the plants as possible purifiers of contaminated soil from heavy metals. There were arranged four trenches with size of 4 m × 1 m, depth of 25 cm , bottom of which was covered by  plastic wrap. In order  to preserve water movement in the soil the holes were punched  in the film. Two trenches received 1,000 kg of pure ground (ground control) each, and two others - the same amount of oil-contaminated soil. All trenches were planted by plants C. hirta. The concentration of metals in soil and plant material was measured on X-ray fluorescent spectrometer Spectro Xepos. Callose accumulation in the cell walls was evaluated in living transverse cuts of sedge rhizome, stained with aniline blue. Fluorescence intensity was determined by cytometry, designed on fluorescent microscope ML-2 base. C. hirta plants with sterile rhizomes that grow on sterile oil-contaminated soil, caused soil purification by 8,6% compared with the control. Investigated plants accumulated heavy metals. The concentration of heavy metals in the plants elevated part exceeded the control level of: Ni and Mn -  9 times; Cu, Co - 5 times; Hg - 4.5 times; Zn, Cr, V, Pb, As, Cd - 4 times; Mo - 3 times. This can be explained by lack of natural barrier in the form of callose in the cell walls. Thus, the plant C. hirta is usable for phytoremediation of the areas contaminated by oil and associated heavy metals.Аннотация: Бориславское нефтяное месторождение, расположенное в Львовской области, является одним из старейших в Европе. На протяжении 150-летней истории развития здесь добыли 40 млн тонн нефти и 15 млрд м3 газа. Сегодня месторождение находится на завершающей стадии разработки, так как слои почти исчерпаны. Эксплуатация старых скважин на низком культурном уровне создает серьезные экологические проблемы: хронически загрязняются воздух, воды и почвы. В то же время, в районах нефтедобычи существуют устойчивые виды растений, которые можно использовать для фиторемедиации среды. Фиторемедиация является перспективной технологией для очистки почв: дешевая, не требует специального оборудования, способствует сохранению и улучшению окружающей среды. Целью наших исследований было установить, пригодны ли растения Carex hirta L. для этой технологии очистки нефтезагрязненных почв. В опытах использовали сырую Бориславскую нефть. Растения анализировали через 30 суток роста на нефтезагрязненных почве. Для того, чтобы установить роль растений в деградации нефти, их выращивали в стерильных горшках и с стерильным почвой в лабораторных условиях. Чистые горшки обрабатывали хлорной известью, затем промывали проточной водой и дистиллированной водой. Воздушно-сухую дерново-подзолистую почву стерилизовали в автоклаве при 1,5 атмосфер в течение 2 часов. В стерильные горшки вносили стерильную нефтезагрязненную почву. В половину горшков высаживали растения С.hirta со стерильными корнями. Чистые корни растений помещали на 5-7 секунд в 70% этиловый спирт, затем промывали в хлоргексидин, далее промывали дистиллированной стерильной водой. Содержание нефтепродуктов в почве определяли по модифицированной методике путем экстракции нефтепродуктов из проб почвы четыреххлористым углеродом. Для исследования растений осоки как возможных очистителей нефтезагрязненных почв от тяжелых металлов заложили полевые опыты. Выкопали четыре траншеи размером 4 м × 1 м, глубиной 25 см и устелили полиэтиленовой пленкой. В пленке пробили дыры, чтобы не останавливался естественное движение вод в почве. В две траншеи внесли по 1000 кг чистого грунта (контроль), а в двух других - такое же количество загрязненного нефтью грунта. Во все траншеи высаживали растения осоки. Концентрацию металлов в почве и растительном материале измеряли на рентгенофлуоресцентном спектрометре Spectro Xepos. Накопление каллозы в клеточных стенках оценивали на живых поперечных срезах корневища осоки, окрашенных анилиновым синим. Интенсивность флуоресценции определяли на цитофлуориметре, сконструированном на базе люминесцентного микроскопа МЛ-2. Растения C. hirta со стерильными корневищами, растущие на нефтезагрязненной стерильной почве вызвали очищение почвы на 8,6% по сравнению с контролем. Исследуемые растения накапливали тяжелые металлы. Концентрация тяжелых металлов в надземной части растений превышала уровень контроля: Ni и Mn-в 9 раз; Cu, Co - в 5 раз; Hg - в 4,5 раза; Zn, Cr, V, Pb, As, Cd - в 4 раза; Mo - в 3 раза. Это можно объяснить отсутствием естественного барьера из каллозы в клеточных стенках. Итак, растения C. hirta пригодны для фиторемедиации территорий, загрязненных нефтью и сопутствующими тяжелыми металлами.Анотація: Бориславське нафтове родовище, розташоване у Львівській області є одним з найстаріших в Європі. За 150річну історію розвитку тут видобули 40 мільйонів тонн нафти і 15 млрд м3 газу. Сьогодні родовище знаходиться на завершальній стадії розробки, тому що шари майже вичерпані. Експлуатація старих свердловин на низькому культурному рівні створює серйозні екологічні проблеми: хронічно забруднюються повітря, води і ґрунти. Водночас, в районах нафтовидобутку існують стійкі види рослин, які можна використати для фіторемедіації середовища. Фіторемедіація є перспективною технологією для очищення грунтів: дешева, не вимагає спеціального обладнання, сприяє збереженню та покращенню навколишнього середовища. Метою наших досліджень було встановити, чи придатні рослини Carex hirta L. придатні для цієї технології очищення нафтозабруднених грунтів. У дослідах використовували сиру Бориславську нафту. Рослини аналізували через 30 діб росту на нафтозабрудненому ґрунті. Для того, щоб встановити роль рослин у деградації нафти, їх вирощували у стерильних горщиках і з стерильним ґрунтом в лабораторних умовах. Чисті горщики обробляли хлорним вапном, потім промивали проточною водою  і дистильованою водою. Повітряно-сухий дерново-підзолистий ґрунт стерилізували  в автоклаві при 1,5 атмосфер протягом 2 годин. У стерильні горщики вносили стерильний нафтозабруднений грунт. У половину горщиків висаджували  рослини С.hirta зі стерильними коренями. Чисті корені рослин поміщали на 5-7 секунд у 70 % етиловий спирт, потім промивали у хлоргексидині, далі промивали дистильованою стерильною водою. Вміст нафтопродуктів у ґрунті визначали за модифікованою методикою шляхом екстракції нафтопродуктів з проб ґрунту тетрахлоридом вуглецю. Для дослідження рослин осоки як можливих очищувачів нафтозабруднених грунтів від важких металів заклали польові досліди.  Викопали  чотири рови розміром 4 м × 1 м, глибиною 25 см та вистелили поліетиленовою плівкою. У плівці пробили дірки, щоб не зупинявся природний рух вод у ґрунті. У два рови внесли по 1000 кг чистого ґрунту (контрольний ґрунт), а у два інші – таку ж кількість забрудненого ґрунту нафтою. У всі рови висаджували рослини осоки шорстковолосистої. Концентрацію металів у ґрунті та рослинному матеріалі вимірювали на рентгенофлуоресцентному спектрометрі Spectro Xepos. Нагромадження калози в клітинних стінках оцінювали на живих поперечних зрізах через кореневище осоки, забарвлених аніліновим синім. Інтенсивність флуоресценції визначали на цитофлуориметрі, сконструйованому на базі люмінесцентного мікроскопу МЛ-2. Рослини C. hirta з стерильними кореневищами, що росли  на нафтозабрудненому стерильному ґрунті, спричинили очищення грунту на 8,6 % порівняно з контролем. Досліджувані  рослини накопичували важкі метали. Концентрація важких металів у надземній частині рослин  перевищувала рівень контролю: Ni та Mn –у 9 разів; Cu, Co – у 5 разів; Hg – у 4,5 рази; Zn, Cr, V, Pb, As, Cd – у 4 рази; Mo – у 3 рази. Це можна пояснити відсутністю природного бар’єру із калози у клітинних стінках. Отже, рослини осоки шорстковолосистої придатні для фіторемедіації територій, які забруднені нафтою і супутніми важкими металами