Ученые разработали биопрепарат, состоящий из комплекса микроорганизмов с разной «специализацией». Фото: РИА Новости/Александр Кряжев
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.
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.
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.
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.
