САМОВОССТАНОВЛЕНИЕ НЕФТЕЗАГРЯЗНЕННОЙ ПОЧВЫ
В УСЛОВИЯХ ХОЛОДНОГО КЛИМАТА

Ерофеевская Лариса Анатольевна

научный сотрудник,

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки

Институт проблем нефти и газа Сибирского отделения РАН,

РФ, Республика Саха (Якутия), г. Якутск

Е-mail: lora-07.65@mail.ru

SELF-HEALING OIL-CONTAMINATED SOIL IN COLD CLIMATES

Larisa Erofeevskaya

research scientific, The Institute of Oil and Gas Problems,

Siberian Branch Russian Academy of Science,

Russia, Republic of Sakha (Yakutia), Yakutsk

АННОТАЦИЯ

Представлены результаты 6-ти летнего микробиологического мониторинга почв аварийных объектов нефтегазового комплекса Якутии. Установлено, что в процессе самовосстановления, почвы недостаточно очистились от углеводородного загрязнения и находятся в экологической напряженности. Признаками деградации земель служат изреженность или отсутствие растительного покрова, фитотоксичность, изменения физико-химических свойств почвы: образование глыбистости почвенной структуры, гидрофобность, засоленность, высокие значения рН, недостаток подвижного фосфора, азота нитратов, азота аммиака, фитотоксичность.

ABSTRACT

Results 6 summer researches of soil ecosystems of emergency objects of an oil and gas complex of Yakutia are presented. It is established that in the course of self-restoration, soils were insufficiently cleared of hydrocarbonic pollution and are in ecological intensity. As signs of degradation of the earths serve rarity or absence of a vegetative cover, phytotoxicity, changes of physical and chemical properties of soil: formation locks soil structure, water repellency, salinity, high values рН, a lack of mobile phosphorus, nitrogen of nitrates, ammonia nitrogen, phytotoxicity.

Ключевые слова: нефть, микрофлора, бактерии, грибы, экологическая безопасность, нефтепродукты, деградация, микроорганизмы, экология, биопрепараты, почва, углеводородное загрязнение.

Keywords: oil, microflora, bacteria, fungi, environmental safety, оil products, degradation, microorganisms, ecology, biological products, soil, hydrocarbonic pollution.

Нефтегазовая отрасль Республики Саха (Якутия) развивается в условиях легко ранимой и с трудом восстанавливаемой природной среды. Проблема восстановления нарушенных экосистем в результате аварийных разливов нефти и нефтепродуктов в регионе актуальны и связаны, главным образом, с природно-климатическими условиями. Самоочищение нарушенных экосистем здесь идет не месяцы и не годы, а многие десятки лет. Причиной этому служат наличие многолетнемерзлых почвогрунтов, низкие температуры, слабая минерализация органических веществ, короткий вегетационный период, нарушение биологической активности почв.

Одним из экологически обоснованных и наиболее эффективных методов восстановления почв, загрязненных нефтью и нефтепродуктами в настоящее время признан микробиологический метод, основанный на активации почвенных микроорганизмов, способных к утилизации нефтяных углеводородов. Для мерзлотных почв Якутии выбор нефтедеструкторов, эффективно работающих в климатических условиях севера, требует специальных исследований и мониторинга за процессами трансформации и биологической деструкции нефтезагрязнений.

Цель работы: Исследовать влияние почвенного микробоценоза на деградацию нефтезагрязнения микробиологическую активность мерзлотных почв Якутии в условиях нефтяного разлива.

Материалы и объекты исследований:

• нефтезагрязненные и условно чистые почвы и грунты;
• почвенные микроорганизмы.

Методы исследований.

Пробы техногенно загрязненных и фоновых почв отбирали на глубине 0–10 см, 10–20 см, в некоторых точках – 40, 60, 100 см.

Культивирование и определение нефтеокисляющей активности УОМ осуществляли методом жидких накопительных культур в мезофильном и психрофильном режимах на минеральной среде Мюнца [1, c. 1024–1030]. Посевы инкубировали в термостатированных качалочных установках «УВМТ-12-250». Рост УОМ оценивали методом предельных разведений с последующим подсчётом выросших колоний.

Натурные эксперименты по самоочищению мерзлотных почв от нефти и НП проводили в условиях открытой экосистемы в опытных участках, разбитых на аварийных площадках НГК Якутии.

Результаты и обсуждения:

Микробиологические исследования позволили выяснить динамику развития количественного и родового состава углеводородокисляющих микроорганизмов (УОМ) на опытных участках и их способность к деструкции нефти. Исследования показали, что общая численность почвенных микроорганизмов по мере деструкции нефтепродуктов (НП) увеличивалась на несколько порядков и составляла в начале экспериментов в среднем не менее 1 млрд.кл/г АСВ.

Численность олигонитрофильных бактерий, способных расти в условиях незначительного количества связанного азота в окружающей среде, в опытных делянах была ниже, чем в фоновых почвах и составляла в условно – чистых почвах не менее 3 млн.кл/г АСВ, в нефтезагрязнённых почвах не более 35 тыс. кл/г АСВ. При этом, с глубиной их численность возрастала.

Гетеротрофы, использующие для своего питания готовые органические вещества, были обнаружены в большем количестве и главным образом в верхнем горизонте и лесных подстилках.

Численность УОМ в фоновых почвах практически не изменялась на протяжении всего периода наблюдений. Однако в опытных делянах с различными вариантами активации почвенной микрофлоры через неделю после внесения аборигенных УОМ наблюдалось снижение численности, как бактерий, так и грибов. Вероятно, это было связано, с адаптацией вносимых в опытные участки микробных культур, поскольку, через год количество микрофлоры увеличивалось во всех опытах и оставалось стабильным в течение всей продолжительности постановки экспериментов.

Исследования показали, что большинство аборигенных бактерий и грибов, выделенных из нефтезагрязнённых мерзлотных почв Якутии, обладали активностью, по отношению к сырой нефти и зимнему дизельному топливу. При этом на участке, загрязнённом сырой нефтью, показатель деструкции загрязнений в течение 1 вегетационного периода соответствовал значениям 54,28–76,70 %.

Наибольшую активность проявили неферментирующие углеводородокисляющие бактерии рода Pseudomonas. Деструкция дизельного топлива под действием УОМ за 1 северное лето составила 91,71 %.

После приемов микробиологической очистки почв от нефтезегрязнений, в экспериментальные участки был проведён высев растений. В качестве фитомелиорантов испытаны овёс обыкновенный (Avéna sátiva) и пырейник сибирский (Elymus sibiricus).

Установлено, что рост и развитие Avéna sátiva напрямую связаны с механическим составом почвы и видом загрязняющего вещества. Так, семена овса, посеянные в супесчаные почвы, загрязнённые сырой нефтью, на территории Амгинской нефтебазы, взошли практически на всех участках, однако в начале фазы колошения, остановились в своем развитии, пожелтели и засохли. Колосья не оформились. Снижение надземной массы к осени составило не менее 50–60 % от контроля без внесения нефти.

Всхожесть овса в глинистой почве, загрязнённой зимним дизельным топливом, на территории ДЭС с. Чапчылган составил 0 %. Полное отсутствие всходов отмечено и в болотистой почве. В то время, как в контрольной условно-чистой таёжно-торфяной почве всхожесть овса составила не менее 80 %.

Elymus sibiricus в экспериментах был более толерантным к загрязнению нефтепродуктами, чем Avéna sátiva, и взошёл на всех опытных площадках.

При норме высева семян 20 г на 1 кв. м, всходы пырейника сибирского за 1,5 месяца составили не менее 90 %. Растения росли интенсивно и к следующему сезону набирали большую биомассу, приближаясь по этому показателю к растениям, выращенным в фоновых почвах.

Исследованиями установлено, что колонизация микроорганизмами околокорневой системы Elymus sibiricus выше, чем у овса. Численность ризосферных микроорганизмов, в т. ч. азотфисирующих, была выше в опытных делянах, обработанных биопрепаратами на основе монокультур бактерий рода Pseudomonas и Bacillus, в сравнении с участками, обработанными смесью бактерий и грибов. Вероятно, здесь срабатывал эффект симбиоза и бактериофагии, что требует дополнительных исследований, поскольку в почвогрунтах, не загрязнённых нефтепродуктами, количество ризосферной микрофлоры было выше, чем в контрольной почве.

Установлено, что районированный сорт травянистого растения Пырейник сибирский (Elymus sibiricus) – нефтеустойчивое и быстронакапливающее вегетативную массу растение и может рассматриваться как потенциальный фиторемедиатор нефтезагрязнённых мерзлотных почв.

В результате проведенных опытов выделены бактерии, которые в определенной степени стимулируют рост растений, на нефтезагрязненной почве.

Работа в этом направлении должна быть продолжена с целью накопления фактического материала, необходимого для разработки эффективной системы биоремедиации нефтезагрязнённых мерзлотных почв в условиях Якутии с применением микробно-растительных систем.

Установлена высокая эффективность восстановительных работ при внесении УОМ и одновременном высевании районированных травянистых растений, главным образом, пырейника сибирского (Elymus sibiricus), который может рассматриваться как потенциальный фиторемедиатор нефтезагрязнённых мерзлотных почв.

Исследования показали, что метод биоремедиации нефтезагрязнённых мерзлотных почв в условиях Якутии с применением микробно-растительных систем является перспективным для проведения биорекультивации нефтезагрязненных мерзлотных почв на различных объектах нефтегазового комплекса.

Научная работа выполнена в рамках госбюджетного научного проекта VII.59.2.4.: «Геолого-геохимические условия и история формирования месторождений нефти и газа в Лено-Вилюйском осадочном бассейне» на 2010–2012 гг.

Список литературы:

1. Керстен Д.К. Морфологические и культуральные свойства индикаторных микроорганизмов нефтегазовой съемки // Микробиология, № 5, 1963. – С. 1024–1030.