В формировании плодородия почв принадлежит почвенным микроорганизмам. Здесь обитают в большом количестве бактерии, микроскопические грибы и водоросли. Общее число микроорганизмов в почве исчисляется миллиардами в 1 гр. Микрофлора почвы по объему составляет около 0, 1% ее объема, 7 - 10 т на 1 га или в сухом весе примерно 2 т живого вещества на гектар.

Особенно важную роль в почвенном круговороте веществ играют бактерии. Гетеротрофные бактерии разлагают органические остатки до простых минеральных соединений. Афтотрофныебактерии осуществляют в почве процессы окисления минеральных соединений продуктов жизнедеятельности гетеротрофов. Широко распространенные в почвахсеробактерии окисляют Н2S, S, и тиосоединения до Н2SO4 (процесс сульфофикации). При участии железоокисляющихбактерий, наиболее распространенных в заболоченных почвах, происходит окисление солей Fe (II). В почве содержится многобактерий - азотфиксаторов: свободно живущих и клубеньковых. На отмирающих органических остатках живут сапрофитные гетеротрофные бактерии и грибы. Микроскопические грибы (плесневые, актиномицеты) в аэробных условиях могут разлагать клетчатку, лигнин и другие стойкие органические соединения, участвуют в минерализации гумуса. Их гифы достигают нескольких тысяч метров на 1 г почвы. Наряду с бактериями и грибами в почве присутствует большое количество водорослей, в основном в поверхностном слое и на растениях. Плодородие почвы определяется содержанием в ней гумусовых веществ. Эти вещества химически и микробиологически устойчивы. Они являются промежуточными продуктами в процессе образования угля. Зрелые гумусовые почвенные горизонты формируются за сотни лет, а минеральные - за тысячи и миллионы лет.

Потери почвенного покрова во всем мире велики. Общая площадь почв, разрушенных за всю историю человечества, достигла 20 млн. км2, что намного превышает площадь всей пахотной земли, используемой в настоящее время. В результате застройки, производства горных работ, опустынивания и засоления почв мировое сельское хозяйство ежегодно теряет около 50 - 70 тыс. км2 (Ю. И. Скурлатов 1994).

Таким образом, после краткого знакомства с “ участниками “ этой экологической проблемы, можно перейти непосредственно к изучению взаимодействия между почвой и нефтью, которые, как это не парадоксально звучит, вовсе не являются “ соседями “, но ставшие таковыми в результате “ хозяйственной “ деятельности человека.

    ЕСТЕСТВЕННАЯ ТРАНСФОРМАЦИЯ НЕФТИ В ПОЧВЕ.

Исследование трансформации нефти, попавшей в почву в результате разливов или утечек в местах хранения или транспортировки, необходимо для понимания механизмов самоочищения и восстановления почв, нарушенных техногенезом. Знание стадий трансформации нефти позволит определить давность загрязнения и сроки восстановления почв, повысить эффективность контроля за загрязнением среды нефтью и нефтепродуктами. Окисление отдельных классов УВ, входящих в состав нефти, в частности микробиологическое окисление, изучается в настоящее время довольно подробно, существует достаточно много работ по этим вопросам (Н. М. Исмаилов 1985, Ф. Х. Хазиев 1981, М. А. Глазовская 1979 и др. ). Авторы выделяют следующие наиболее общие этапы трансформации нефти: Физико-химическое и частично микробиологическое разрушение алифатических УВ. Микробиологическое разрушение низкомолекулярных структур разных классов, новообразование смолистых веществ.

Трансформация высокомолекулярных соединений - смол, асфальтенов, полициклических УВ.

В соответствии с этапами биодеградации происходит регенерация биоценозов. Процессы идут разными темпами на разных ярусах экосистем. Значительно медленнее, чем микрофлора и растительный покров, формируется сапрофитный комплекс животных. Полной обратимости процесса, как правило, не наблюдается. Наиболее сильная вспышка микробиологической активности приходится на второй этап биодеградации нефти. При дальнейшем снижении численности всех групп микроорганизмов до контрольных значений, численность углеводородокисляющих организмов на многие годы остается аномально высокой по сравнению с контролем. Ю. И. Пиковский (1988) отмечает, что при нефтяном загрязнении взаимодействуют три экологических фактора: а) сложность, уникальная поликомпонентность состава нефти, находящегося в состоянии постоянного изменения; б) сложность, гетерогенность состава и структуры любой экосистемы, находящийся в процессе постоянного развития и изменения; в) многообразие и изменчивость внешних факторов, под воздействием которых находится экосистема: температура, давление, влажность, состояние атмосферы, гидросферы и др. Исходя из этого, оценивать последствия нефтяного загрязнения необходимо с учетом конкретного сочетания этих трех групп факторов.

Рассматривая общие закономерности трансформации нефти в почве, Ю. И. Пиковский (1988) отмечает, что нефть - это высокоорганизованная субстанция, состоящая из множества различных компонентов. Она деградирует в почве очень медленно, процессы окисления одних структур ингибируются другими структурами, трансформация отдельных соединений идет по пути приобретения форм, трудноокисляемых в дальнейшем. На земной поверхности нефть оказывается в другой обстановке - в аэрируемой среде. Основной механизм окисления УВ разных классов в аэробной среде следующий: внедрение кислорода в молекулу, замена связей с малой энергией разрыва (С-С, С-Н) связями с большой энергией, следовательно, процесс протекает самопроизвольно.

Главный абиотический фактор трансформации - ультрафиолетовое излучение. Фотохимические процессы могут разлагать даже наиболее стойкие полициклические УВ за несколько часов.

    Конечные продукты метаболизма нефти в почве следующие:

Углекислота, которая может связываться в карбонаты, и вода. Кислородные соединения (спирты, кислоты, альдегиды, кетоны), которые частично входят в почвенный гумус, частично растворяются в воде и удаляются из почвенного профиля.

Твердые нерастворимые продукты метаболизма - результат дальнейшего уплотнения высокомолекулярных продуктов или связывания их в органо-минеральные комплексы. Твердые корочки высокоминеральных компонентов нефти на поверхности почвы (киры).

Вместе с тем изучению трансформации всей системы соединений, входящих в состав нефти, на природных моделях уделялось еще мало внимания. М. А Глазовская. , Ю. И Пиковский. (1985) отмечают, что главной целью изучения загрязнений природной среды является быстрейший возврат непригодных для использования земель в сельскохозяйственное производство, восстановление их первоначальной продуктивности или рекреационных качеств. Скорость разложения нефти по данным разных авторов различается в пять и более раз, восстановление первоначальной продуктивности земель при активной рекультивации происходило в одних случаях в течение года, в других растягивалось от нескольких лет до 12 и более. Так, А. А Оборин. , И. Г Калочникова. , Т. А Масливец. (1988), 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 наша 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. 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. Отличие предложенного Глазовской М. А. и др. 1985 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.

Поскольку для автора данного реферата модельные эксперименты, упомянутые выше, представляются подчас единственным способом в понимании столь сложной проблемы как загрязнение почвы нефтью и нефтепродуктами, хотелось бы более подробно остановиться на одном из подобных экспериментов, выполненных Пиковским Ю. И, Калочниковой И. Г. 1985. Авторы провели наблюдения за изменением состава трех разновидности нефти: тяжелой нефти Бинагадинского месторождения Азербайджана (р-0, 935), нефти Ярино- Каменноложского мест-я Пермской области (р-0, 820) и нефти Федоровского мест-я Западной Сибири (р-0, 840). Первые две названные нефти были внесены соответственно на поверхности светлой серо-коричневой и дерново-подзолистой почв вблизи мест добычи. Федоровская нефть вносилась в почву разных природных зон: лесотундры, средней и южной тайги. В течение месяца в светлой серо-коричневой почве аридной зоны нефть проникла на глубину 10-13 см. , в подзолистой и дерново-подзолистой почве гумидной зоны на глубину 30-40 см. Состав нефти, впитавшейся в почву периодически исследовался (начиная от двух недель до двух лет после загрязнения). Состав нефти, впитавшейся в почву периодически исследовался (начиная от двух недель до двух лет после загрязнения). Остаточная нефть экстрагировалась из почвенных проб хлороформом без нагревания. Растворитель отгонялся при комнатной температуре. Вещество хроматографировалось в незакрепленном слое силикагеля с выделением метано-нафтеновой, нафтено-ароматической УВ фракций, смол и асфальтенов. Метаново-нафтеновая фракция исследовалась методом газожидкостной хроматографии, нафтено-ароматическая - методом низкотемпературной спектрофлуориметрии при температуре 77К. Нефракционированная нефть исследовалась методом инфракрасной спектрометрии.

Изменения химического состава нефти, происходящие параллельно со снижением ее содержания в почве, заметны уже в первые три месяца после начала опыта. По данным изучения инфракрасных спектров в нефти относительно возрастает количество кислородосодержащих соединений и появляются сероорганические соединения. Со временем неуклонно происходит относительное уменьшение групп СН2 и СН3 (полосы 1470 и 1380 см -1). Процесс постепенного изменения состава нефти в почвах во времени отчетливо прослеживается по изменению содержания и состава ее групповых компонентов. По истечении срока эксперимента были получены следующие выводы: На фоне общего снижения концентраций нефти в почве снижение содержания ее групповых компонентов происходит неравномерно. Быстрее других компонентов уменьшается относительное и абсолютное содержание метаново-нафтеновой фракции. Эти УВ легче поддаются биодеградации, кроме того, они более растворимы в воде, что облегчает их вынос за пределы участков загрязнения.

Страницы: 1, 2, 3