Assessment of oil companies impact on the ecological status of surrounding area soils

Full Text

Введение

Нефтегазовые предприятия оказывают негативное влияние на все компоненты окружающей среды без исключения. Основные загрязняющие вещества это углеводороды, сероводород, оксиды углерода, диоксид серы, и азот. В целом выбросы предприятий нефтехимической отрасли содержат до 240 химических веществ, треть из которых представляет I и II класс опасности [1; 2].

Загрязнение природной среды традиционно контролируют путем физико-химических, физических и химических методов анализа проб воздуха, воды, почвы, биологических объектов и сравнения содержания в этих объектах загрязняющих веществ с фоновыми концентрациями или установленными гигиеническими нормативами (ПДК, ОДК).

Из трех основных составляющих природных сред – почвы, воды и воздуха – сложнее всего восстанавливаются загрязненные почвы, поскольку способны аккумулировать и закреплять токсические вещества. Естественное восстановление почв, загрязненных нефтью, – чрезвычайно медленный процесс. При высоком уровне загрязнения (например, при разливах нефти) происходит практически полная депрессия функциональной активности флоры и фауны, ингибируется жизнедеятельность большинства микроорганизмов [3] и происходит угнетение самоочищающей способности почвы [4].

Материалы и методы исследования

Исследования проводились в апреле – мае 2017 г. Их целью являлось проведение возможной оценки фитотоксичности почвы, исследование химического состава почвенного слоя вблизи нефтегазодобывающего предприятия и определение степени загрязненности почвы методом биотестирования [5]. Методы исследования: маршрутно-экспедиционный, физико-химические методы анализа, метод биотестирования [6].

Отбор проб был произведен в соответствии с общими требованиями отбора проб (ГОСТ 17.4.4.02–84) [7]. Определение массовых концентраций тяжелых металлов осуществлялось атомно-абсорбционным методом на спектрометре КВАНТ-Z.ЭТА. Химический анализ состава почвенного покрова проводился в лаборатории мониторинга физико-химических загрязнений окружающей среды при Бирском филиале Башкирского государственного университета, г. Бирск (Республика Башкортостан).

Степень загрязненности территорий исследования оценивалась исходя из состояния почвенного покрова. Объектом исследований послужили пробы почвы, взятые с различных по загрязненности территорий.

В качестве мест отбора проб были выбраны места: с территории нефтегазодобывающего предприятия (образец № 1), в 150 метрах от предприятия (образец № 2), с территории частного земельного участка (в 1 км от предприятия) (образец № 3).

Результаты исследования и их обсуждение

Почва, выполняя свои экологические функции, обеспечивает стабильность отдельных биогеоценозов и биосферы, поэтому мониторинг состояния почв имеет большое значение. Загрязнение нефтью влияет на весь комплекс физических, морфологических, биологических, физико-химических свойств почвы, определяющих ее экологические и плодородные функции. Изменение свойств почвы при загрязнении нефтью, а также процессы ее миграции, аккумуляции и метаболизма зависят от физико-химического состава и количества пролитой нефти, почвенно-климатических и ландшафтных условий, типа почвы, наличия тех или иных биохимических барьеров, каналов миграции и диффузии в почвенном профиле [8; 9].

При анализе пробы, отобранной с территории предприятия, были рассмотрены внешние показатели. Прежде всего, значительно изменились морфологические признаки почвы. Загрязненная проба почвы имеет более темный цвет по сравнению с более чистыми аналогами, повышенную плотность, отличается наличием маслянистых и радужных пленок по граням структурных отдельностей в иллювиальных горизонтах, появлением столбчатой структуры в нижней части профиля [10].

Был проведен анализ фитотоксичности почвы с помощью метода биотестирования с применением семян кресс-салата (Lepidium sativum) [11; 12].

Полученные данные были соотнесены с требованиями ГОСТа 12038–84 [13]. Согласно вышеуказанному документу, снижение числа проростков в опытном варианте по сравнению с контрольным на 10–30% говорит о слабой фитотоксичности почвы. Разница от 30 до 50% указывает на среднюю степень фитотоксичности почвы, а выше 50% – свидетельствует о высокой (недопустимой) степени фитотоксичности почвы. Разница менее 10% не принимается во внимание – почва считается экологически чистой. Полученные результаты представлены в табл. 1.

 

Таблица 1 – Всхожесть семян

Проба	Количество посаженных семян (шт.)	Количество проросших семян, в течение 10 дней (шт.)			Процент проросших семян (%)
		3 день	6 день	10 день	3 день	6 день	10 день
Образец № 1	50	5	16	16	10	32	32
Образец № 2	50	12	34	34	24	68	68
Образец № 3 (контроль)	50	20	44	44	40	88	88

 

Сравнительный анализ результатов эксперимента на третий день выявил следующее. В образце № 1 проросли лишь 10%, проростки были слабые. Во втором – 24%, они были уже выше, а в третьем контрольном образце взошло 40% семян, это на 30% больше, чем в пробе, взятой с территории предприятия. Проростки из последнего образца оказались более ровными, чем в остальных субстратах. На шестой день опыта процент всхожести повысился. В первом образце до 32%, во втором – до 68%, ростки были достаточно ровные и высокие, в третьем число ростков возросло до 88%. Разница между пробой № 1 и пробой № 3 составила 56%. К десятому дню эксперимента число взошедших семян не изменилось, соответственно, можно сделать вывод, что степень фитотоксичности почвы на территории предприятия недопустимо высока. Исходя из литературных данных, мы можем предположить, что изменение физических свойств почвы при загрязнении привело к вытеснению воздуха нефтью, нарушению поступления воды, питательных веществ, что является главной причиной торможения развития растений и их гибели [8; 14].

 

Таблица 2 – Результаты лабораторных исследований почвенного слоя

Определяемый показатель	Проба почвы 150 м от предприятия	С территории предприятия	ПДК [15]
Гумус, %	2,7 ±0,2	0,6 ±0,1	7–10
Нефтепродукты, мг/кг	108,08 ±21,62	315,28 ±47,86	100–500
рН водной вытяжки, ед. рН	7,5 ±0,4	7,3 ±0,4
Подвижная форма металлов:
Медь, мг/кг	1,08 ±0,32	3,21 ±0,9	3
Свинец, мг/кг	0,86 ±0,26	1,76 ±0,53	32
Кобальт, мг/кг	79,04 ±23,71	91,76 ±27,53	5
Марганец, мг/кг	2,24 ±0,67	3,48 ±1,04	1500
Никель, мг/кг	менее 0,05	менее 0,05	4
Кадмий, мг/кг	6,2 ±1,9	5,5 ±1,7	2

 

Пропитывание нефтью и нефтепродуктами почвенной массы приводит к активным изменениям химического состава, свойств и структуры почвы. Прежде всего, это сказывается на гумусовом горизонте: количество углеводорода в нем резко увеличивается, но ухудшается свойство почв как питательного субстрата для растений [16]. В пробе почвы, отобранной с территории предприятия, процент гумуса равен 0,6, что в десятки раз меньше среднего содержания гумуса в верхнем горизонте почв. В образце № 2 запасы гумуса составляют 2,7; это также свидетельствует о низком плодородии почвенного покрова.

Анализ динамики рН пробы почвы загрязненного участка показал, что показатель рН в образце № 1 составил 7,3, а в образце № 2 – 7,5. Можно сделать вывод, что в присутствии нефти и нефтепродуктов в сочетании с растительными остатками преобладают слабощелочные почвы.

Показатель содержания нефтепродуктов в пробах почв образца № 1 составил 315,28 мг/кг, а в образце № 2 – 108,08 мг/кг. Эти показатели являются фоновыми, то есть безопасными. Безопасным уровнем загрязнения почвогрунтов нефтепродуктами рекомендуют считать уровень, при котором ни одно из негативных последствий не наступает вследствие загрязнения почвы нефтепродуктами [17].

Также был проведен анализ на содержание тяжелых металлов. По степени опасности влияния на живые организмы тяжелые металлы делят на 3 класса:

1 класс – особо токсичные: мышьяк, кадмий, ртуть, свинец, селен, цинк, титан;

2 класс – токсичные: кобальт, никель, молибден, медь, сурьма, хром;

3 класс – слаботоксичные: барий, ванадий, вольфрам, марганец, стронций.

Большинство химических элементов входят в состав минералов и являются минералообразующими. Процессы превращения минералов в почве самые разнообразные: выветривание, окисление, гидратация, растворение. В дальнейшем образуются вторичные минералы, главным образом глинистые, которые определяют минеральную часть почв [18].

В результате исследований определено, что содержание кадмия и кобальта превышает ПДК, что обусловлено интенсивными техногенными нагрузками из-за близкого расположения предприятий и особенностей рельефа, что способствует оседанию основных выбросов предприятий. Повышенное содержание кадмия приводит к нарушению активности основных ферментов, к угнетению фотосинтеза, снижению проницаемости клеточных мембран, осложнениям в поступлении и метаболизме в растениях цинка, меди, марганца, никеля, селена, кальций, магний, фосфор. Фитотоксичность кобальта может проявляться в виде недоразвития цветов, ухудшения либо полной потери всхожести семян [19; 20]. В образце № 1 концентрация меди незначительно превышает предельно допустимо значение. Из всех анализируемых ионов металлов марганец и свинец имеют стабильно низкие концентрации. Такие элементы, как никель, свинец, марганец, не превышают ПДК.

Выводы

Проведенные исследования показали, что почвенный слой территории нефтегазодобывающего предприятия характеризуется слабощелочной реакцией, отличается низким плодородием и содержанием гумуса, содержание нефтепродуктов не превышает ПДК. Концентрации некоторых тяжелых металлов (Сu, Pd, Mn, Ni) также являются безопасным. Тревожная ситуация сложилась с концентрацией кадмия и кобальта. Однако уровень фитоксичности анализируемых проб почвы был определен как высокий.

About the authors

Milyausha Ilnurovna Sultanova

Birsk branch of Bashkir State University

Email: example@snv63.ru

student of Biology and Chemistry Faculty

Russian Federation, Бирск

Nikolai Aleksandrovich Shmelev

Birsk branch of Bashkir State University

Email: reptil11@yandex.ru

candidate of biological sciences, associate professor of Biology and Ecology Department

Russian Federation, Birsk

Aysylu Airatowna Islamova

Birsk branch of Bashkir State University

Author for correspondence.
Email: islamova.81@list.ru

candidate of biological sciences, associate professor of Biology and Ecology Department

Russian Federation, Birsk

References

Supplementary files