6803-1 (740801)

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла

Биологическая активность и микробиологическая рекультивыция почв, загрязненных нефтепродуктами

Алехин В.Г., Емцев В.Т.,Рогозина Е.А., Фахрутдинов А.И.

Загрязнение почвы углеводородным сырьем и ее биологическая активность

Естественное восстановление плодородия почв при загрязнении нефтью происходит значительно дольше, чем при других техногенных загрязнениях. Резко изменяется водопроницаемость вследствие гидрофобизации, структурные отдельности не смачиваются, а вода как бы "проваливается" в нижние горизонты профиля почвы; влажность уменьшается. Как следствие этого - выпадение одного из главных звеньев ценоза - растительности [I].

Нефть и нефтепродукты вызывают практически полную депрессию функциональной активности флоры и фауны. Ингибируется жизнедеятельность большинства микроорганизмов, включая их ферментативную активность. Управление процессами биодеградации нефти должно быть направлено, прежде всего, на активизацию микробных сообществ, создание оптимальных условий их существования [2]. Отмечается большая неоднородность распределения нефтяных компонентов в почвах разных участков нефтепромыслов, что зависит от физических и химических свойств конкретных почвенных разностей, качества и состава поступившей нефти [З]. В результате этого условия самоочищения окружающей среды от токсичных органических веществ техногенного происхождения в ландшафтных зонах и областях России различны [4].

Попадая в почву, нефть увеличивает общее количество углерода. В составе гумуса возрастает нерастворимый остаток, что является одной из причин ухудшения плодородия. Это, в свою очередь, наносит ощутимый экономический ущерб земледелию [5]. Возрастает отношение C:N. Ухудшается азотный режим [б], что в случае рекультивации требует внесения повышенных доз азотных удобрений [7]. На окисление 1 г нефти требуется 80 мг азота и 8 мг фосфора [8, 9]. Рекомендуется вносить массированные дозы органических удобрений, что повышает биохимическую и микробиологическую активность почв, быстрее снижает количество остаточной нефти, чем при внесении одних минеральных удобрений [10].

Почва, обладая свойством дисперсного гетерогенного тела, действует как хромотографическая колонка, в которой происходит послойное перераспределение компонентов нефти. Показано, что угнетение растений начинается, когда количество нефтяных углеводородов (УВ) в почве становится выше 1 кг/м2.

И.Г.Калачников [11] выделяет три этапа процесса самоочищения почвы, 1-й этап (1-1,5 года) характеризуется физико-химическими процессами, включающими вы-мывание, выветривание, распределение нефтяных УВ по почвенному профилю. Исчезают УВ Cig-Cig. Наблюдается активизация микрофлоры. На П-ом этапе (3-4 года) происходит биологическое превращение метанонафтено-вых и ароматических УВ. 111-й этап включает деградацию полициклической ароматики. На всех этапах, а особенно на Ш-м, рекомендуется активное рыхление почвы, внесение разрыхлителей, например, торфа, а также NPK, которые способствуют снижению содержания алифатиче-ских структур в разрушающихся углеводородах [II]. По силе токсического действия на микроорганизмы нефтяные фракции располагаются в следующей убывающей последовательности: ароматические УВ-циклопарафи-новая фракция-парафиновая [12, 13].

Небольшое количество УВ (5 г/100 г почвы) стимулирует деятельность микрофлоры [14]. Однако, процесс нитрификации ингибируется любой концентрацией УВ; нитрификация является наиболее чувствительным процессом на "нефтяное" загрязнение почвы [15]. Наиболее важными условиями активной деятельности микрофлоры в присутствии нефтяных загрязнений также является влажность и температура почвы [1б].

Для активной рекультивации почво-грунтов в качестве основных и необходимых компонентов нужны минеральные удобрения, предпочтительнее аммонийные формы азота и фосфор, а также активные культуры нефтеокис-ляющих микроорганизмов (НОМ) [17].

Внесение удобрений (NigoPlsoK-oo) в загрязненную почву (6% УВ) увеличивает биологическую активность: возрастает интенсивность дыхания, коэффициент минерализации, активность ряда ферментов. Чувствительность же отдельных групп микроорганизмов к отдельным фракциям нефти определяется химическим составом и физическими свойствами последних [18-20].

Интересно отметить, что УВ, попадающие в почву, обогащают ее углеродом и способны повысить активность биологической азотфиксации [2]. Увеличение интенсивности нефтяного загрязнения (до нескольких процентов) приводит к увеличению концентрации азота, являющегося следствием увеличения численности свободно живущих азотфиксаторов; одновременно снижается нитрифицирующая активность, и основная часть азота выступает в аммонийной форме [21]. Способность к фиксации азота азотобактером проявляется на средах с октаном, толуолом, салициллатом [22]. Выделен ряд бактерий (ноккар-дия, артробактер, бревибактерум), способных усваивать атмосферный азот; у некоторых бактерий фиксация азота была выше при культивировании на средах с парафином (Cii-622), чем с сахарозой. В почвах, содержащих небольшое количество битумных веществ (0,2%), таких бактерий было больше, чем в контрольных почвах [23, 24].

Таким образом, влияние нефти и отдельных ее продуктов на почву и почвообразовательный процесс исследован довольно подробно. Окисление нефти начинается сразу после ее попадания в почву. Общими чертами этого процесса является быстрое разрушение метановонафтено-вых фракций, снижение содержания полициклических УВ в нафтен оароматической фракции, относительное увеличение доли смолистых веществ в нефти, переход части нефтяных компонентов в нерастворимые в органических растворителях формы. Скорость изменения отдельных УВ и групповых фракций зависит от природно-климатических зон и состава исходной нефти [25, 2б].

Необходимо отметить важность аэрирования почв, в частности, путем внесения рыхлых материалов, например, туффита, торфа, соломы, а также искусственных структурообразователей [27, 28].

Экспериментальная часть

Микрополевой опыт по разработке технологии рекультивации аварийного загрязнения почвы нелетучими фракциями газового конденсата проводился на участке насыпного песчаного грунта, расположенном возле кранового узла газоконденсатного трубопровода. Почвы-подзолы иллювиально-железистые, расположенные на размытых останцах в пойме р.Оби. Почвообразующими породами являются аллювиальные пески и слоистые супеси речных террас р.Оби. Имеют сильнокислую реакцию (рН 4,8).

Климатические условия района проведения исследований характеризуются суровой и продолжительной зимой, коротким, но порой жарким летом и коротким весенне-осенним периодом.

Весенний переход средней суточной температуры через О °С по многолетним наблюдениям происходит 21.4- 01.5, осенью - 11.10-21.10. Продолжительность безморозного периода - от 53 до 138 дней. Сумма эффективных температур - 1300 °С, колебания температур в июле - от -1 до +34 °С, средняя относительная влажность воздуха - 55-60% (в 13 часов). Средняя дата первого заморозка на почве - 1.09. Количество осадков за теплый период (апрель-октябрь) - 350-400 мм. Снежный покров удерживается от 200 до 220 дней в году. Продолжительность вегетационного периода со средней суточной температурой ниже 15 °С - 110-120 дней.

В опыте изучали процессы деструкции углеводородов препаратами нефтеокисляющих микроорганизмов, влияние на эти процессы торфа, древесных опилок хвойных пород и сбалансированных по NPK минеральных удобрений на фоне оптимизации рН. Внесением в почву мела рН доводили до 6,8. В качестве биотеста, характеризующего степень рекультивации, а также как возможного активного агента рекультивации, на опытные делянки в двух сериях опыта высевался костер безостый.

Для создания выровненного фона нефтезагрязнения, а также для имитации аварийного загрязнения, перед закладкой опыта на почву был нанесен газоконденсат, состоящий на 60% из тяжелых и 40% летучих углеводородов (алифатических, ароматических и алициклических), до проникновения его на глубину 20 см. До нанесения нефтепродукта в почву и после нанесения определяли содержание органического вещества и отдельно нефтепродукта: количество органического вещества в почве до внесения нефтепродукта было равным 1569 мг/кг, а нефтепродуктов - 1408 мг/кг, а после нанесения нефтепродукта количество органического вещества было 5907 мг/кг, нефтепродуктов - 4259 мг/кг.

Образцы для анализов отбирались в 10-кратной по-вторности до заливки почвы газовым конденсатом, через 3 дня после заливки почвы, во время закладки опыта и в период уборки урожая костра безостого. Всего рекульти-вационный период продолжался в течение 60 суток.

На рис. 1 приведена схема опыта, состоящего из трех серий. В первой серии в качестве биодеструкторов нефтепродукта применялся препарат ВНИГРИ "Нафтокс". Во второй серии - "Нафтокс" и подсев костра безостого в варианты с внесением тех или иных биогенных веществ (NPK, торф и опилки). В третьей серии с такими же вариантами, как и во второй серии, в качестве биодеструктора испытывался препарат "Псевдомин", разработанный кафедрой микробиологии ТСХА.

Площадь делянок в вариантах опыта 2,25 м2. Повторность опыта трехкратная.

Бактериальные препараты и биогенные вещества, согласно схеме опыта, вносились в соответствующие варианты и повторности опыта и лопатой перемешивались со слоем грунта на глубину проникновения газового конденсата.

Рис. 1. Схема опыта по рекультивации почвы, загрязненной нефтепродуктами, с использованием микробиологических препаратов "Нафтокс", "Псевдомин" и растений Примечание: Серии опыта: I - Нафтокс, II - Нафтокс + костер безостый, III - Псевдомин + костер безостый; Варианты опыта: 1 - Контроль + микробиологический препарат, 2 - NigoPisoKgo + микробиологический препарат, 3 - NigoPisoKoo + торф + микробиологический препарат, 4 - NigoPisoKso + опилки + торф + микробиологический препарат.

Результаты опыта, приведенные на рис. 2, указывают на активную деструкцию нефтепродукта нефтеокисляю-щими микроорганизмами. Наиболее интенсивно разложение углеводородов отмечено в варианте, где вносился препарат "Нафтокс" на фоне известкования. Содержание нефтепродуктов было снижено до уровня ПДК (100 мг/кг) или ниже, а по сравнению с исходным содержанием их количество уменьшилось на 98,3-99,4%. При внесении в песчаный грунт NizoPisoKoo и извести интенсивность окисления нефтепродуктов несколько снизилась и составила от исходного содержания 96,8- 94,9%. При этомвнесение опилок, совместно с торфом и минеральными удобрениями, снизило содержание нефтепродуктов ниже уровня ПДК (67 мг/кг почвы или 98,4% от исходного содержания в грунте).

Препарат "Псевдомин" также интенсивно осуществлял деструкцию нефтепродуктов. На фоне известкования он снизил содержание нефтепродуктов до 82 мг/кг почвы или на 98,1% по сравнению с исходным уровнем.

Посев костра безостого в качестве тест-культуры на фоне действия испытуемых препаратов показал, что по мере возрастания количества нефтепродуктов в почве урожай закономерно снижается. Следует отметить снижение активности окисления нефтепродуктов под покровом растений костра безостого по сравнению с вариантом без растений.

Более активная деструкция нефтепродуктов в варианте без растений может быть объяснена отсутствием конкуренции внесенным в почву нефтеокисляющим микроорганизмам со стороны почвенной микрофлоры, уничтоженной в результате углеводородного загрязнения, тогда как под растениями костра безостого возрастала возможность конкуренции со стороны эпифитной микрофлоры.

Заключение

1. Препараты нефтеокисляющих микроорганизмов "Нафтокс" и "Псевдомин" за короткое северное лето способны окислять высокие концентрации газового конденсата (аварийные разливы) до уровня ПДК.

2. Основным условием активной жизнедеятельности микроорганизмов в иллювиально-железистых подзолах является оптимизация окислительно-восстановительного потенциала почвы и внесение органических и минеральных удобрений

3. Показана резко отрицательная реакция костра безостого как биоиндикатора на уровень загрязнения почвы НП. При увеличении содержания НП в почве выше уровня ПДК урожай зеленой массы резко снижался.

4. Установлено, что посев костра безостого совместно с внесением препаратов "Нафтокс" и "Псевдомин" снижал активность деструкции углеводородов в почве этими препаратами.

Список литературы

Характеристики

Тип файла документ

Документы такого типа открываются такими программами, как Microsoft Office Word на компьютерах Windows, Apple Pages на компьютерах Mac, Open Office - бесплатная альтернатива на различных платформах, в том числе Linux. Наиболее простым и современным решением будут Google документы, так как открываются онлайн без скачивания прямо в браузере на любой платформе. Существуют российские качественные аналоги, например от Яндекса.

Будьте внимательны на мобильных устройствах, так как там используются упрощённый функционал даже в официальном приложении от Microsoft, поэтому для просмотра скачивайте PDF-версию. А если нужно редактировать файл, то используйте оригинальный файл.

Файлы такого типа обычно разбиты на страницы, а текст может быть форматированным (жирный, курсив, выбор шрифта, таблицы и т.п.), а также в него можно добавлять изображения. Формат идеально подходит для рефератов, докладов и РПЗ курсовых проектов, которые необходимо распечатать. Кстати перед печатью также сохраняйте файл в PDF, так как принтер может начудить со шрифтами.

Список файлов реферата