УДК 665.038.66.313

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ОРГАНО-МИНЕРАЛЬНЫХ УДОБРЕНИЙ ДЛЯ САМОВОССТАНОВЛЕНИЯ ПОЧВЫ ПОСЛЕ ЗАГРЯЗНЕНИЯ НЕФТЬЮ

С.Ж. Ибадуллаева, Ж.Жапар

Кызылординский государственный университет им. Коркыт Ата, г.Кызылорда, Казахстан

В обзорной статье даны исследования ученых стимулирующие воздействие органо-минеральных удобрений на уменьшение содержания нефти на нефтезагрезненные почвы. В исследованиях показано, что при использовании органо-минеральных удобрении скорость деструкции нефти ускоряется.

Ключевые слова: микроорганизмы, почва, органо-минеральные удобрения.

В результате развития нефтедобывающих и нефтеперерабатывающих производств повышается риск аварийных нефтеразливов и, как следствие этого, негативных экологических эффектов, проявляющихся в изменении физических, химических и биологических свойств окружающей среды. Нефть и нефтепродукты являются приоритетными загрязнителями природной среды. Уже сейчас отдельные нефтедобывающие территории по состоянию окружающей среды приближаются к районам экологического бедствия. Возникает угроза устойчивой, а часто необратимой трансформации условий функционирования природных систем и изменений качества жизни на значительных площадях в разных природных зонах. Происходят глубокие изменения практически всех компонентов окружающей среды: почв и структуры почвенного покрова, грунтов и недр, поверхностных и подземных вод, биоты и воздуха [1].

Самоочищение и самовосстановление почвенных экосистем, загрязненных нефтью и нефтепродуктами, - это стадийный биогеохимический процесс трансформации загрязняющих веществ, сопряженный со стадийным процессом восстановления биоценоза. Для разных природных зон длительность отдельных стадий этих процессов различна, что связано в основном с почвенно-климатическими условиями. Важную роль играют и состав нефти, наличие сопутствующих солей, начальная концентрация загрязняющих веществ [2].

Механизм самовосстановления экосистемы после нефтяного загрязнения достаточно сложен. С помощью агротехнических приемов можно ускорить процесс самоочищения нефтезагрязненных почв путем создания оптимальных условий для проявления потенциальной активности микроорганизмов, входящих в состав естественного микробиоценоза.

Рыхление загрязненных почв увеличивает диффузию кислорода в почвенные агрегаты, снижает концентрацию углеводородов в почве в результате улетучивания легких фракций, обеспечивает разрыв поверхностных пор, насыщенных нефтью, но в то же время способствует равномерному распределению компонентов нефти и нефтепродуктов в почве и увеличению активной поверхности. Обработка почвы создает мощный биологически активный слой с улучшенными агрофизическими свойствами. В почве при этом создается оптимальный водный, газовоздушный и тепловой режим, растет численность микроорганизмов и их активность, усиливается активность почвенных ферментов, увеличивается энергия биохимических процессов [3, 4].

Биогумус позволяет поддерживать высокую численность бактерий, утилизирующих органические и минеральные формы азота, целлюлозоразрушающих микроорганизмов, нитрификатов. Биогумус получают переработкой навоза (крупного рогатого скота, свиного, конского), опилок, измельченной вермикультурой соломы. Также он способствует перестройке микробного ценоза нефтезагрязненной почвы, что проявляется в расширении видового разнообразия бактериальной флоры. Почвенная микрофлора использует компоненты биогумуса в качестве источника азота, фосфора и калия, обеспеченность которыми в нефтезагрязненной почве снижается. Многие органические вещества биогумуса служат энергетическим материалом для почвенной микрофлоры, благодаря чему в почве повышается активность микробиологических процессов, соответственно усиливается мобилизация питательных веществ[5].

Для эффективной деградации нефтепродуктов как путем стимулирования местного почвенного микробного ценоза, так и в результате использования бакпрепаратов в почву необходимо вносить комплексное удобрение, содержащее основные макро- и микроэлементы, либо непосредственно в виде порошка в нефтезагрязненную почву, либо с каким-нибудь сорбционным материалом, который перед использованием пропитывается минеральными соединениями и углеводородокисляющими культурами. Внесение такого сорбента в загрязненную почву способствует активизации разложения нефти за счет органо-минеральных компонентов сорбента и входящей в его состав углеводородокисляющей микрофлоры. Скорость деструкции нефти при использовании сорбента ускоряется в 3—5 раз по сравнению с известными способами рекультивации, когда микробиологические препараты, минеральные удобрения и сорбенты вносятся в почву по отдельности [6].

Например, биоремедиация нефтезагрязненных почв с использованием микробиологического препарата «Биорем» и сельскохозяйственных трав в сочетании с органическими и минеральными удобрениями в течение трех лет способствовали значительному снижению в них нефтепродуктов до 0,5 - 0,6 г на кг почвы, улучшению их агрофизических и агрохимических свойств и увеличению биологической активности [7, 8].

В настоящее время разработаны и применяются различные способы очистки почв от. нефти и нефтепродуктов (механические, термические, физико-химические, биологические). В Пермском крае применяется технология биоремедиации на открытых технологических площадках, заключающаяся в смешивании нефтезагрязненных почв (НЗП) со структураторами, органическими и неорганическими удобрениями, а также биологически активными препаратами и размещении полученного субстрата на открытых площадках в естественных климатических условиях до достижения регламентного значения концентрации нефтепродуктов.

В Республике Башкорстан, использовали минеральные и органические удобрения, для самовосстановления плодородия почв. При внесении органического удобрения (перегноя) в нефтезагрязненную почву, рекомендовав, для уменьшения токсичности и создания благоприятных условий для ее последующей фитомелиорации. Поскольку способность удобрений стимулировать в условиях загрязнения рост и развитие растений зависит от устойчивости культур-фитомелиорантов к нефти, стимуляция самоочищения почв с помощью удобрений не снимает, а напротив делает более актуальной проблему поиска толерантных к углеводородам растительных видов. Так же внесение полного минерального удобрения, показало стимулирующее воздействие на уменьшение содержания нефти в почве [9].

Изучая процессы самоочищения нефтезагрязненных почв Предуралья и Западной Сибири на примере экспериментальных пробных площадок, выделили следующие этапы деградации нефти в почве:

I этап (первые 1-1,5 года). Имеют место физико-химические процессы: распределение УВ по профилю, испарение, вымывание, ультрафиолетовое облучение. К концу первого года полностью исчезают н-алканы. Биота подавлена, идет адаптация к новым условиям и постепенное повышение количества микроорганизмов, особенно углеродокисляющих.

II этап (3-4 года). Частичная биохимическая деструкция сложных гибридных молекул, изменение состава нефти. Вспышка численности микроорганизмов, к концу этапа - ее снижение.

III этап (для исследуемых зон через 58-62 месяца). Исчезновение остаточной нефти в исходных и вторичных парафиновых УВ. Эти кажущиеся различия объясняются различными почвенно-климатическими условиями, в которых производились наблюдения. Очевидно, что для такой обширной территории, как эта страна не может быть разработано единых рекомендаций для всех районов по защите и рекультивации земель нарушенных при транспортировке, добыче и переработке нефти. В качестве доказательства можно привести пример рекультивации с применением выжига нефти[10].

Допустимый для одних районов он может быть пагубным для природной среды в других (вследствие, например, деградации мерзлого слоя). Проведенная дифференциация территории служит научным обоснованием мероприятий по защите и восстановлению природной среды. Чтобы сделать эти мероприятия наиболее эффективными, для каждого ландшафтного района необходимо знать природные механизмы самоочищения, факторы, ускоряющие этот процесс, количественные критерии, характеризующие разные стадии изменения нефти, почв, растительности, а также скорость восстановления последних. Получить такие данные (на которые должен ориентироваться контроль за загрязнением окружающей среды нефтью и нефтепродуктами) можно путем постановки специальных экспериментов на природных моделях.

Суть эксперимента состоит в следующем. В пределах выбранных природных моделей на экспериментальных площадках, в почву с поверхности вносится определенное количество нефти того состава который наиболее распространен в данном районе. Через фиксированные промежутки времени на загрязненном и контрольном участках проводятся наблюдения за состоянием растительности и отбираются пробы почв по генетическому профилю для исследования в лаборатории[11].

Отличие этого эксперимента, прежде всего в том, что впервые задумана система опытов, охватывающих различные природные зоны, резко контрастные в климатическом отношении. В этих опытах равное значение имеют биолого-почвенные, геохимические, битуминологические исследования, которые для всех районов выполняются на единой методической основе. По времени в каждом районе эксперимент рассчитан на несколько лет (не менее трех). Первые результаты работ по комплексному эксперименту были получены на целинных участках в следующих природных зонах: лесотундра в низовье р. Оби (тундрово – глеевые почвы), средняя тайга в Среднем Приобье (песчано - подзолистые почвы), южная тайга в Пермском Прикамье (дерново - подзолистые почвы ), сухие субтропики Апшеронского п - ва (светлые серо - коричневые почвы ). Исследования ведутся также в Белоруссии, Татарии, Башкирии, намечается распространить эксперимент и на другие районы. Проведенные наблюдения позволили выявить некоторые общие черты процесса самоочищения почв и его особенности в природных зонах. На всех экспериментальных площадках содержание нефти в почве резко снижалось в первые три месяца после начала опытов и в дальнейшем продолжало снижаться, но с меньшей скоростью. Основные причины снижения содержания нефти следующие: испарение легких фракций, минерализация нефти, физический вынос водными потоками, лимификация (превращение в нерастворимые в нейтральных органических растворителях продукты микробиологического метаболизма). Соотношение этих факторов самоочищения зависит от почвенно-климатических условий, состава и свойств самой нефти и глубины ее проникновения в почву [12].

В процессе биоремедиации на технологических площадках в течение 3 - 4 вегетационных периодов содержание нефтепродуктов (НП) снижается на 75-85 % от исходного содержания [13, 14].

При использовании органо-минеральных удобрений для очистки нефтезягрязненной почвы, можно отметить достоинства процесса — низкие капитальные затраты на реализацию технологии, высокая эффективность процесса при низких концентрациях нефтепродуктов.

Использованная литература

1. Арене В.Ж., Саушин А.3., Гридин О.М., Гридин А.О. Очистка окружающей среды от углеводородных загрязнений – М., Интербук, 1999. – 180с.

2. Пиковский Ю.И. Природные и техногенные потоки углеводородов в окружающей среде. М.: Изд-во МГУ, 1993. - 280с.

3. Киреева Н.А. Диагностические критерии самоочищения почв от нефти / Н.А. Киреева, Е.И. Новоселова, Г.Ф. Ямалетдинова // Экология и промышленность России 2001 Декабрь.

4. Колесниченко А.В. Процессы биодеградации в нефтезагрязненных почвах / А.В. Колесниченко, А.И. Марченко, Т.П. Побежимова, В.В. Зыкова.- Москва: «Промэкобезопасность», 2004. - 194 с.

5. Логинов О.Н. Биотехнологические методы очистки окружающей среды от техногенных загрязнений / О.Н. Логинов, Н.Н, Силищев, Т.Ф. Бойко, Н.Ф. Галимзянова.–Уфа: Гос. изд. научно-тех. литературы «Реактив», 2000. – 100 с.

6. Иларионов С.А. Экологические аспекты восстановления нефтезагрязненных почв / С.А. Иларионов. - Екатеринбург: УрО РАН, 2004.- С.194.

7. Волкова Н.В. Вредные химические вещества. Природные органические вещества: Издание справочник энциклопедического типа / Н.В. Волкова, А.А. Ефременко, Б.А. Ивин и др. СПБ: Изд-во СПХФА, НПО «Мир и семья -95», 1998 - 504 с.

8. Трофимов С.Я., Аммосова Я.М., Орлов Д.С. и др. Влияние нефти на почвенный покров и проблема создания нормативной базы по влиянию нефтезагрязнения на почвы // Вестник МГУ. Почвоведение, 2000, № 2. С. 30-34.

9. Абзалов Р.З., Гизатуллин С.Г., Гумеров Р.С., Сахабутдинова А.З. Влияние минеральных удобрений на свойства нефтезагрязненных серых лесных почв лесостепной зоны Башкирии//Восстановление нефтезагрязненных почвенных экосистем. М.: Наука, 1988. С. 168-177.

10. Оборин А.А. Нефтяное загрязнение почв и способы рекультивации Текст. / А.А. Оборин // Влияние промышленных предприятий на окружающую среду. М.: Наука, 1987. - С. 284-291.

11. Казакова Е.Н. Биодеградация углеводородов в нефтегазоносной почве северной тайги Текст. / Е.Н. Казакова, И.Г. Калашникова, Т.А. Масливец // Влияние промышленных предприятий на окружающую среду. — Пущино, 1984. С. 84-95.

12. Глазовская М.А. Методологические основы оценки эколого-геохимической устойчивости почв к техногенным воздействиям. М.: изд-во МГУ, 1997

13. Кузнецов А. Е., Градова Н. Б. Научные основы экобиотехнологии / Уч. пособие для студентов. М.: Мир, 2006. - 504 с.ч

14. L.O.Odokuma, A.A.Dickson. Bioremediation of a crude oil poltuted tropical rain forest soil. Global Journal of Environmental Sciences, Vol.2, No.l, 2003. p.29-40.

Summary

In a review researches of scientists stimulating impact of organic and mineral fertilizers on decrease of the content of oil on oil-contaminated soils are given. In researches it is shown that when using organic and mineral fertilizer rate of a destruction of oil is accelerated.