СТАТЬИ СКОРОСТЬ ОЧИЩЕНИЯ ПОЧВ ОТ НЕФТИ В УСЛОВИЯХ СЕВЕРА к.б.н. М. Маркарова Восстановление нефтезагрязненных земель в настоящее время является одной из актуальных экологических проблем. Помимо собственно нефтезагрязнений нам пришлось столкнуться с еще одним аспектом этой проблемы. Эффективность или неэффективность тех или иных технологий по ликвидации последствий аварийных разливов Нефти принято оценивать обобщенно, по конечному результату, без учета исходных доз загрязнения и почвенно-климатических условий. Основная масса коммерческих технологий была испытана в благоприятных климатических условиях, когда продолжительность восстановления земель была не более двух-трех месяцев. Наши работы в Усинском районе показали, что в условиях Крайнего Севера даже для частичного очищения почвы от нефти с использованием различных приемов рекультивации необходимо не менее трех-пяти лет. Можно ли в данном случае говорить о неэффективности разработанных нами технологий? Для того, чтобы ответить на этот неоднозначный вопрос необходимо обратиться к базовым теоретическим положениям. Очищение почв от нефти - это сложный физико-химический и биохимический процесс, скорость и направленность которого зависит от ряда факторов, таких как температура окружающей среды, свойства почв, активность микрофлоры, влажность и концентрация нефти в почве. Для исследуемого района характерно то, что наряду с высокой степенью загрязнения почвы нефтью, почвенные и климатические условия можно охарактеризовать как неблагоприятные для процессов самоочищения. Среди основных факторов самоочищения почвы, таких как физическое, химическое и биологическое очищение, в экстремальных условиях Севера ведущую роль играет биологический фактор [1]. Одним из важных условий биологического очищения почвы от нефти является степень функциональной активности почвенной микрофлоры. После аварийных разливов нефти ее дозы в почве превышают критические пороговые значения, комплекс аборигенной микрофлоры находится в подавленном состоянии. Нами была предпринята попытка схематично отобразить основные изменения в почвенном микробоценозе после нефтяных загрязнений. При этом мы опирались на два основных положения: о направленности сукцессионных изменений в составе почвенного микробоценоза [2] и влияние нефти на активность почвенных ферментов [3]. В первом случае авторы предлагают разбить процесс развития сукцессии по основным показателям численности доминирующих групп почвенной микрофлоры и изменение состава нефти в почве на три этапа. На первом этапе происходит перестройка микробоценоза и активизация группы углеводородокисляющих микроорганизмов. Разложению подвергаются токсичные для основной массы почвенных микроорганизмов легкие углеводороды. На втором - этапе активных биохимических преобразований, активизируются не резистентные к загрязнению группы микроорганизмов, происходит деструкция основной массы углеводородов нефти и промежуточных соединений, образовавшихся в результате частичной деструкции сложных углеводородов, начинается разложение гетероциклических соединений. Третий этап - это постепенное и продолжительное возвращение микробного сообщества к исходному или близкому к нему состоянию, завершение очищения почвы от нефтяных соединений. Данная схема была предложена для зоны средней тайги и продолжительность процессов самоочищения определялась в 10-15 лет. При этом предшествующие дозы загрязнения не указывались. Вторая схема - деление доз загрязняющих веществ на зоны, каждой из которых соответствует то значение концентрации загрязнения, при котором степень ферментативной активности почв можно охарактеризовать как репрессивное, резистентное, стрессовое или состояние гомеостаза. Деление это весьма условное и относится не к общей ферментативной активности, а к конкретным типам ферментов. Понятно, что в зависимости от типа ферментов эти значения будут варьировать. Поскольку степень ферментативной активности зависит от микробиологической активности, а продуцентами различных ферментов в почве являются определенные группы почвенной микрофлоры, мы сочли возможным объединить в общую схему развитие процесса очищения почвы по двум вышеизложенным схемам в одну (рис. 1). Предполагается, что данная схема может стать основой для оценки процессов деструкции углеводородов нефти в почве, причем это касается и самовосстановления почв, и их восстановления в процессе рекультивации. Главными показателями при этом будет численность основных групп почвенной микрофлоры, ее динамика и изменение численности по основным доминирующим группам [4]. Изучение процессов микробиологической деструкции нефти на Севере в зоне лесотундры показало, что принципиальная схема микробиологических изменений, показанная для зоны средней тайги, сохраняется в более жестких климатических условиях Севера. Разница состоит в продолжительности отдельных этапов. Собственные данные, полученные к настоящему времени, позволяют расписать на схеме только первые два этапа микробиологических изменений в нефтезагрязненных почвах Севера. Но и этого достаточно для того, чтобы отразить основную проблему - на Севере процесс очищения почвы от нефти гораздо продолжительнее и сложнее, чем в районах с благоприятными климатическими условиями. Для того, чтобы оценить продолжительность отдельных этапов, несомненно, необходимо учитывать ряд факторов, основными из которых мы бы отметили исходную концентрацию нефтяного загрязнения и тип субстрата. На основе собственных данных, полученных при изучении влияния различных приемов биорекультивации на скорость процессов разложения нефти в почве [4], была выстроена еще одна схема по влиянию стимулирования на скорость очищения почв в условиях Севера (рис. 2). Так, при низких дозах загрязнения, которым на минеральных субстратах соответствуют значения до 1 % нефти, а в органических - до 3%, можно говорить об относительно высокой активности естественного микробоценоза почвы. Для ускорения разложения нефти достаточно внесения минеральных удобрений. В этом случае период очищения почвы займет всего 1-2 сезона, а биорекультивация с посевом трав может проводиться одновременно с началом обработки почвы удобрением, поскольку, как показали исследования [4], такие дозы не являются ингибирующими для роста растений. В то же время даже при низких дозах загрязнения период самоочищения почв составит 5-8 лет. Предполагаем, что при низких дозах загрязнения состояния микробоценоза можно оценивать как стрессовое, соответствующее началу второго этапа очищения почвы. При средних значениях загрязнения (до 5 % нефти на песчаных и до 10% на органических субстратах) состояние естественного микробоценоза можно оценивать как переходное между резистентным и стрессовым (рис. 2). Продолжительность самовосстановления почвы при среднем уровне загрязнения оценивается разными исследователями от 10 до 15 лет. Как показали собственные исследования, для стимулирования процессов биодеструкции нефти недостаточно применения удобрения, необходимо использовать биопрепараты на основе алканотрофной микрофлоры. Нами был применен препарат МУС-1 на основе пяти видов аборигенных алканотрофов [4]. Процесс очищения почвы до значений, пригодных для развития трав, составлял при этом 2-3 года. В отличие от среднего уровня загрязнения при высоких дозах, так же, как и при критических, состояние микрофлоры характеризуется как репрессивное, причем и внесение алканотрофной микрофлоры с препаратом не является гарантией ускорения процессов очищения почвы. Хорошо известно, что препараты рекомендуют использовать при загрязнении не более 5 % нефти в почве. Однако именно высокие и критические значения загрязнения характерны для почвы после аварийных разливов нефти. И именно поэтому мы проводили опыты, где изучались процессы биодеструкции нефти при высоких дозах загрязнения. Результаты показали, что при высоких дозах нефти, которым на минеральных субстратах соответствует значение 10-15 %, а на органических 15-35 %, эффективны только комплексные технологии, в которых не последнее место занимают приемы, улучшающие субстратные условия, главным образом водно-воздушный режим почвы, нарушенный нефтью. К ним относятся, в частности, внесение в почву органики (на минеральных субстратах) и рыхление (на органических). Но продолжительность восстановления почвы для пригодности к началу развития растений в четыре-пять лет можно считать длительной. Поэтому целесообразно было бы перед началом биорекультивации проводить техническое очищение почвы от нефти до средних значений, Таким образом, видно, что нельзя однозначно судить о скорости процессов очищения почв от нефти, в том числе и при оценке эффективности тех или иных приемов рекультивации, не принимая во внимание некоторые условия, в первую очередь, исходные дозы загрязнения и почвенно-климатические условия. Две представленные схемы, несомненно, нуждаются в дальнейшей доработке, но, на наш взгляд, уже сейчас их можно использовать для оценки эффективности рекультивации теми или иными методами и для составления обоснованных рекомендаций по восстановлению нефтезагрязненных земель в экстремальных климатических условиях Севера. ЛИТЕРАТУРА 1. Коронелли Т.В. Принципы и методы интенсификации биологического разрушения углеводородов в окружающей среде (обзор) // Прикладная биохимия и микробиология.1996. Вып.32. №6. С. 579-585 2. Наблюдение за самоочищением почв от нефти в средней и южной тайге / Н.Г. Ильин и др. // Добыча полезных ископаемых и геохимия природных экосистем. Москва. 1982. С.227-235. 3. Халимов Э.М., Левин С. В., Гузев B.C. Эколого-микробиологические аспекты повреждающего действия нефти в почве // Вести. Моск. универс. Сер. 17. Почвоведение, 1996. № 2. С. 59-64. 4. Маркарова М.Ю. Использование углеводородокисляющих бактерий для восстановления нефтезагрязненных земель в условиях Крайнего Севера: Автореф. дис... канд. биол. наук. Пермь. 1999. 26 с.
Логотип -
Начало -
Общие
сведения -
Структура -
Научная деятельность 3723 посещений с 31.05.2001 |