Мониторинг состояния техногенных территорий, нарушенных деятельностью нефтедобывающей и нефтеперерабатывающей промышленности, в условиях умеренных и северных широт

Мониторинг состояния техногенных территорий, нарушенных деятельностью нефтедобывающей и нефтеперерабатывающей промышленности, в условиях умеренных и северных широт

А.С. Григориади, к.б.н., Н.А. Киреева, д.б.н., профессор, Башкирский ГУ; Л.Л. Водопьянова, аспирантка, Уфимский ГАТУ

В настоящее время активное развитие получила нефтяная промышленность, так как нефть и продукты её переработки являются одними из основных источников энергии. Связанные с деятельностью данной отрасли экологические проблемы требуют незамедлительного решения. Как известно, основные нефтеносные регионы расположены как в условиях умеренного климата (республики Башкортостан и Татарстан), так и на Севере (Республика Коми, Западная Сибирь и т.п.). Основной экологической проблемой этих территорий является загрязнение почвенного покрова нефтяными углеводородами. Оценка состояния загрязнённой почвы позволит получить информацию о способности почвы к самовосстановлению. Этот параметр является важным показателем, который позволит дать рекомендации для проведения эффективной рекультивации.

Цель данной работы — оценка состояния неф-тезагрязнённых почв различных климатических зон и сравнение их способности к самовосстановлению.

Методика исследований. В качестве объекта исследований использовали два типа почв, от-

носящихся к различным климатическим зонам: серая лесная почва (Республика Башкортостан, Туймазинское месторождение) и торфяно-глеевая почва (Республика Коми, Южно-Ошское месторождение). Образцы почв отбирали с мест разлива нефти: пробы с участков № 2, 3 (торфяно-глеевая почва) и № 5, 6 (серая лесная почва). В качестве контрольного варианта использовали почвы со следовым содержанием нефтяных углеводородов (пробы с участков № 1 и 4), отобранные вдали от мест аварийного разлива нефти (табл. 1). Почвенные образцы отбирали из горизонта Апах (0—10 см).

Для оценки состояния почвы использовали показатели микробиологической активности почвы. Микробное сообщество является чувствительным и быстро реагирует на изменения качества окружающей среды. Численность микроорганизмов определяли по общепринятой методике посева на твёрдые агаризованые и жидкие питательные среды [1]. Остаточные углеводороды в почве определяли весовым методом [2].

Результаты исследований. При любом загрязнении почвы в первую очередь должна оцениваться численность микроорганизмов, обеспечивающих плодородие почвы. К таким группам можно отнести азотфиксирующие и целлюлозоразрушающие микроорганизмы [3].

1. Содержание углеводородов в образцах почв, отобранных с места разлива нефти

Участок а £ )яно-глеевая почва Серая лесная почва

№1 №2 №3 №4 №5 №6

Содержание остаточных углеводородов, мг/г 0,38±0,13 64±22 150±70 0,21±0,1 67±21 120±45

2. Численность целлюлозолитических микроорганизмов в образцах торфяно-глеевой и серой лесной почвы, КОЕ*103/г

Сроки отбора проб Участки, содержание остаточных углеводородов

№ 1 № 2 № 3 № 4 № 5 № 6

Июнь 26,00±0,76 24,0±0,9 23,00±0,59 3,2±0,2 1,5±0,1 0,9±0,06

Август 23,05±1,02 26,34±1,05 21,30±1,69 6,2±0,4 1,7±0,1 0,7±0,06

Сентябрь 29,36±1,54 30,25±1,32 20,08±1,98 3,4±0,33 2,8±0,17 3,17±0,09

А

160

140

120

100

80

60

40

20

0

В

*

I-1—1 1 Г" • = -

нь август сентябрь июнь август сентябрь серая лесная почва торфяно-глеевая почва

контрол ь Ш 64-67 мг/г  120-150 мг/г

Рис. 1 - Динамика изменений общей численности УОМ в нефтезагрязнённой почве:

А - расчёт по математической модели (точками отмечены экспериментальные данные; Б - сравнение динамики изменения численности УОМ в разных почвах

Нефтяное загрязнение торфяно-глеевой почвы не оказывало значительного влияния на развитие целлюлозолитических микроорганизмов при высоких концентрациях загрязнителя (участки № 2 и 3), в отличие от целлюлозолитиков в серой лесной почве (табл. 2). В последней нефтяные углеводороды значительно угнетали развитие данной группы микроорганизмов.

Численность азотфиксаторов при нефтяном загрязнении торфяно-глеевой почвы снижалась, в отличие от реакции данной группы микроорганизмов на нефтяное загрязнение серой лесной почвы, где наблюдалось стимулирование развития азотфиксаторов. Исключение составлял участок № 3, где количество олигонитрофилов и азотфиксаторов было сопоставимо с показателями, выявленными в почве фонового участка. Такая тенденция, вероятно, объясняется как токсическим действием нефти и нарушением воздушного режима почвы, так и тем, что в условиях сурового климата и небольшой продолжительности периода положительных температур эта группа микроорганизмов, как и вся микробиота, оказывается более уязвимой и чувствительной по отношению к нефтяному загрязнению.

Значительную роль в процессах самоочищения почв от нефти играют микроорганизмы, способствующие разрушению нефтяных загрязнений и вовлечению продуктов нефти в естественный круговорот углерода [4]. Динамика

поведения углеводородокисляющих микроорганизмов (УОМ) в природно-технической системе имеет совершенно другой вид в сравнении с общей численностью микроорганизмов. В качестве математической модели была рассмотрена система нелинейных дифференциальных уравнений, включающая в себя параметры общей численности УОМ и субстрата, находящегося в почве и поддерживающего жизнедеятельность УОМ. Результаты расчётов показали хорошее согласование с экспериментальными данными (рис. 1А).

Реакция на нефтяное загрязнение УОМ, в т.ч. микромицетов, торфяно-глеевой почвы несколько отличалась от реакции УОМ в серой лесной почве, где значения этого показателя увеличивались пропорционально концентрации нефти в почве уже в первые месяцы после разлива (рис. 1Б).

При нефтяном загрязнении как торфяно-глеевой, так и серой лесной почвы наблюдалось главным образом стимулирование развития гетеротрофных микроорганизмов, что, на наш взгляд, связано с наличием в почве дополнительного органического вещества — углеводородов нефти. Для численности микроорганизмов, использующих минеральные формы азота, выявлена обратная зависимость. Однако спустя 90 суток данный показатель возрос в образцах серой лесной почвы. Максимальное значение

численности данной группы микроорганизмов отмечалась в пробе с участка № 5. Также следует заметить, что биомасса микроорганизмов серой лесной почвы, использующих минеральные и органические формы азота, в 2—3 раза превышала соответствующий показатель торфяно-глеевой почвы.

Выводы. Таким образом, в целом реакция микробного сообщества на воздействие нефтяных углеводородов была схожа для обоих типов почв. Внесение поллютанта вызывало увеличение численности УОМ и угнетало развитие целлюлозолитиков, азотфиксаторов и микроорганизмов, использующих минеральные формы азота, и стимулировало развитие гетеротрофов. Проведённые исследования показали, что серая лесная почва обладает большей способностью к

восстановлению, т.к. для неё характерно сохранение численности азотфиксаторов и значительное стимулирование углеводородокисляющих микроорганизмов по сравнению с образцами торфяно-глеевой почвы. Это может быть важным показателем при выборе методов рекультивации. Построенная математическая модель, отражающая поведение УОМ в загрязнённой почве, позволяет скорректировать нормы и время внесения специализированных препаратов.

Литература

1. Методы почвенной микробиологии и биохимии / под. ред. Д.Г. Звягинцева. М.: МГУ, 1991. 304 с.

2. Me Gill W.W., Rowell M.J. Determination of oil content of oil contaminated soil//Sei. Tot. Environ. 1980. V. 14(3). P. 245-253.

3. Безкоровайная И.Н. Биологическая диагностика и индикация почв. Красноярск: Изд-во Красноярского государственного аграрного университета, 2001. 328 с.

4. Звягинцев Д.Г. Микроорганизмы и охрана почв. М.: МГУ, 1989. 206 с.