КРАТКИЕ СООБЩЕНИЯ
ЦЕЛЕСООБРАЗНОСТЬ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ БИОЛОГИЧЕСКИХ
ПАРАМЕТРОВ ДЛЯ ОЦЕНКИ СОСТОЯНИЯ
НЕФТЕЗАГРЯЗНЕННЫХ И РЕКУЛЬТИВИРОВАННЫХ ЗЕМЕЛЬ к.б.н. М. Маркарова
Научные интересы: биотехнология восстановления нефтезагрязненных земель При оценке состояния загрязненных нефтью и рекультивированных земель в настоящее время используются два основных параметра – содержание нефти в почве и состояние растительности (после завершения рекультивационных работ). Как показывает практический опыт, данные критерии не универсальны. Исходный уровень загрязнения не всегда отражает степень сложности объектов перед началом работ, особенно если речь идет об участках с одинаковыми дозами начального загрязнения нефтью, но разным его возрастом. После окончания рекультивационных работ состав остаточного загрязнения, отличающийся в основном количественным соотношением миграционно активных соединений и тяжелых фракций, как правило, не оценивается. Например, после рекультивации земель на свежих нефтеразливах в составе остаточного загрязнения преобладают водорастворимые фракции. На участках старых разливов – тяжелые, миграционно неактивные соединения. Степень воздействия на окружающую среду таких объектов различается. Фитотоксичность почвы, оцениваемая по характеру роста высеянных однолетних и многолетних злаков, не всегда объективно отражает потенциальную способность участков к дальнейшему самовосстановлению. Так, высеваемые на заболоченных территориях злаки могут испытывать угнетение из-за избытка влаги. На пересушенных торфяных участках и сухих песчаных плохое развитие трав может быть следствием недостаточного увлажнения. Восстановление загрязненных нефтью земель и возврат их к исходному или близкому к нему состоянию – это длительный процесс, сукцессия, где инициирующим фактором является попавшая в почву нефть, биологическая трансформация которой начинается при определенных условиях. Разложение нефти в почве начинается после устранения острого токсического воздействия загрязнения на почвенную биоту. Благоприятные условия для биологического очищения почвы создаются при проведении рекультивационных работ. Если природовосстановительные работы не ведутся, процесс самоочищения почв растягивается на десятки лет и проявляется в последовательном изменении почвенного микробоценоза и смене растительных сообществ. Это известное положение, разработанное для почв зон тайги и северной тайги, нашло подтверждение в наших исследованиях, проводимых на протяжении более чем десяти лет в условиях Крайнего Севера на объектах разного возраста загрязнения и разной степени самовосстановления. Если рассматривать схему последовательного изменения состояния почвенного микробоценоза после нефтяного загрязнения, то она будет в целом иллюстрировать изменение состава и численности основных трофических групп почвенных микроорганизмов наряду с параметрами изменения доз и качественного состава самой нефти (см. схему). При аварийных разливах нефти, когда величина загрязнения превышает 40-50 % (здесь рассматриваются тундровые болотные торфяно-(торфянисто)-глеевые почвы Усинского района Республики Коми) погибает 100 % растительности, почвенная микрофлора находится в угнетенном состоянии (фаза полной репрессии). Как показывают наши наблюдения, в таком состоянии почва может находиться продолжительное время (от 6 до 10 и более лет). В этот период полностью подавлены целлюлозолитическая, нитрификационная и каталитическая активности почвы. В отличие от фоновых незагрязненных почв, отсутствуют микромицеты, численность почвенных бактерий не превышает 103-4 клеток в 1 г воздушно-сухой почвы (в.с.п.). Среди трофических групп отсутствуют олигонитрофиллы, снижено на 4-5 порядков по сравнению с незагрязненной почвой количество аммонификаторов, нитрификаторов и олиготрофов. Численность нефтеокисляющей микрофлоры так же сразу не возрастает, высокие дозы загрязнения токсичны для всего сообщества микроорганизмов почвы, в том числе и для углеводороддеструкторов. Проведение восстановительных работ на этом этапе эффективно лишь в комплексе – техническая рекультивация с уборкой нефти или нефтезагрязненного слоя почвы и биологическая, с применением биопрепаратов и минеральных удобрений. Но даже через два-три года после рекультивационных работ эти объекты могут оставаться потенциально опасными из-за высокой степени миграционной активности водорастворимых углеводородных фракций из толщи почвы на сопряженную территорию (особенно если это заболоченные или сильно увлажненные объекты). В процессе физического самоочищения почвы, когда доминируют процессы выветривания (испарение легких и вымывание из почвы подвижных водорастворимых фракций), постепенно изменяется качественный исходный состав нефти. На фоне этого начинается усиление активности микробоценоза (отбор резистентных видов и проявление их активности). На первый план по численности среди различных трофических групп выходит группа аммонифицирующей микрофлоры. Многие из видов аммонификаторов, как правило, относятся к активным нефтедеструкторам. Однако если брать соотношение численности нефтеокисляющей микрофлоры и группы аммонификаторов, превышение последних достигает двух-трех порядков. Рекультивационные работы на этом этапе, как и для свежезагрязненных участков, трудоемки. Решающая положительный исход работ часть природовосстановительного процесса – это по-прежнему техническая рекультивация, когда необходимо убрать поверхностную нефть. Проведение санации почвы только агрохимическими приемами на этом этапе не эффективно. Потенциал самоочищения почв еще слишком низок. Для таких объектов также целесообразно использование биопрепаратов. Интродуцированная нефтеокисляющая микрофлора обеспечивает доочистку почвы от токсичных и водорасторимых фракций и, вследствие этого, ускоряет активизацию естественного микробоценоза. Одним из показателей начала резистентной фазы самоочищения является изменение ферментативной активности почвы. На этом этапе наблюдается усиление активности окислительно-восстановительных ферментов, преимущественно таких, как каталаза и дегидрогеназа. Численность аммонификаторов достигает значений 106-8 кл/г в.с.п., нефтеокисляющих микроорганизмов – 104-6 кл/г в.с.п. Видовое разнообразие при этом остается очень низким, доминируют непигментированные бактериальные формы, на средах выделяются, как правило, мелкие однообразные колонии. Этот период, по нашим наблюдениям, менее продолжительный, чем фаза репрессии, его длительность может составлять в условиях Севера от двух до четырех лет. На этом этапе самовосстановления происходит разложение поверхностного загрязнения в слое почвы от 5 до 20 см. Глубина очищения почвы зависит от свойств самой нефти. Тяжелые, парафинистые нефти с высоким содержанием смолистых веществ существенно меняют физические свойства почвы, разложение их длительно, процесс очищения затрагивает только поверхностные слои. Легкие нефти более подвержены процессам выветривания на первом этапе самоочищения. Глубина биологически активного слоя почв, загрязненных легкими нефтями, достигает 10-20 см. Завершение этой фазы самоочищения характеризуется резким усилением микробиологической активности почв, когда численность различных групп микроорганизмов превышает фон на три-четыре порядка (фаза стресса). При этом увеличивается и биоразнообразие почвенной микрофлоры. Подавленные ранее группы нитрификаторов, олигонитрофиллов и олиготрофов по численности достигают значений 106-7 кл/г в.с.п., по-прежнему высокой остается численность нефтеокисляющей микрофлоры и аммонификаторов. Резко возрастает уреазная и дегидрогеназная активности почвы. К завершению этого этапа самоочищения почвы от нефти, длительность которого может достигать трех-семи лет, активизируется группа целлюлозоразрушающей микрофлоры. Естественно, что новообразованный микробоценоз сильно отличается от исходного, в нем происходит отбор видов с определенной трофической принадлежностью. Объекты, соответствующие данному этапу самоочищения, в плане работ по рекультивации земель значительно менее сложны, чем свежезагрязненные или биологически неактивные почвы. Для активизации биологического очищения иногда бывает достаточным проведение дискования или фрезерования почв с целью улучшения воздушного режима и внесение минеральных удобрений. Однако, здесь тоже многое зависит от глубины загрязненного слоя почвы и типа нефти. Как правило, на этом этапе, даже при относительно высоком остаточном уровне загрязнения, качественный состав нефти уже не ингибирует рост и развитие растений. На участках начинается развитие естественной растительности. В почве появляются ранее отсутствовавшие беспозвоночные животные. К этому времени в почве уже значительно снижено содержание водорастворимых углеводородов, объект не оказывает заметного влияния на сопряженную территорию. На последнем этапе самоочищения происходит разложение сложных органических соединений как нефтяного, так и растительного происхождения, постепенно снижается численность нефтеокисляющей и аммонифицирующей микрофлоры. Но что характерно для участков, восстановившихся после нефтяных загрязнений как самостоятельно, так и после рекультивационных работ – структура нового микробоценоза отличается от естественного еще длительное время, метаболитическая активность почвы значительна по сравнению с фоновой. Нефть, как сложное вещество, практически никогда не разлагается бесследно и без остатка. Содержание органического углерода нефтяного происхождения, который в измененном уже состоянии остается в почве после ее трансформации, меняет сами условия жизнедеятельности почвенного биоценоза. Возврат к исходному состоянию в любом случае будет длительным. Таким образом, микробиологические и биохимические показатели дают картину состояния почвы, ее потенциальной активности на каждом из этапов восстановления или самовосстановления. С их помощью можно обосновать планируемые работы, что приведет не только к экономии средств на природоохранные мероприятия, но и даст возможность определить оптимальный комплекс технологических приемов рекультивации для получения наилучшего результата. На этапе завершения рекультивационных работ и приемки земель применение методов микробиологического контроля позволяет оценить потенциал дальнейшего самовосстановления объекта и степень его воздействия на окружающую среду.
Логотип -
Начало -
Общие
сведения -
Структура -
Научная деятельность 3457 посещений с 31.01.2003 |