Комплексное воздействие растительности на улучшении почв загрязненных нефтью и нефтепродуктами

 

В результате многолетней эксплуатации нефтеносных площадей в Чеченской Республике наблюдается локальное загрязнение нефтепродуктами в результате переливов из скважин, аварийных разливов, утечки, а также отчуждении земель под отстойники нефтяных вод и испарителя, где накапливаются соли с набором микрокомпонентов, в том числе токсичных. Проблема рекультивации земель, загрязненных нефтепродуктами чаще всего затруднена чрезвычайно высоким уровнем их загрязнения, препятствующим деятельности углеродоокисляющих бактерий и естественному самоочищению. В связи с этим в каждой конкретной ситуации, в зависимости от масштаба и характера распределения загрязнения, вырабатывается оптимальная технология рекультивации горных пород и заключенных в них подземных вод. Оптимальной температурой для разложения нефти и нефтепродуктов в почве является 20–37 °С. Для территории Чеченской Республики, где сосредоточены основные нефтяные месторождения, средние температуры поверхности оголенной почвы достигают значений 40–45 °С. Длительность периода с дневными температурами свыше 20 °С составляет 45 дней. Период с отрицательными температурами небольшой и составляет 30 дней (средние температуры января около -3 °С). Эти данные говорят о том, что термический режим республики весьма благоприятен для разложения нефтепродуктов. Лимитирующим климатическим фактором является влагообеспеченность [1,7].

Существуют различные методы улучшения загрязненных почв. Одним из наименее затратных является метод использования растительности в целях улучшения загрязненных почв, который может использоваться на нефтезагрязненных землях Чечни. Такой метод используется обычно на завершающем этапе процесса рекультивации загрязненных нефтью почв. Сущность его заключается в посеве многолетних трав нефтетолерантных сортов. Улучшение почвы загрязненной нефтью и нефтепродуктами проходит с помощью растительности может протекать по различным механизмам, иногда одновременно по нескольким:

Фитостабилизация — это механизм выделения растением химических соединений, которые иммобилизуют загрязнения на поверхности раздела корней и почвы;

Фитоаккумулирование — это механизм захвата загрязнений корнями растения и затем его перенос и накопление (фитоэкстракция) в побегах растения и листьях. Обычно такой механизм осуществляют для восстановления почв, осадков и грунтовой воды, загрязненных металлами. Специфические виды растений используются для поглощения необычно больших количеств металлов из почвы, а затем с засеянной загрязненной территории собирают урожай. Биомассу компостируют для повторного использования металлов или сжигают, а золу отправляют на регулируемую свалку;

Ризофильтрация — этот механизм подобен фитоэкстракции; однако вначале обычно корневые системы растений развивают в водной среде внутри парника до стадии зрелости. Когда корневая система достаточно развита, к растениям подводят загрязненную воду (в основном загрязнители — это металлы), которая за тем постоянно циркулирует через водный источник, питающий эти растения;

Фиторазложение — это метаболизм загрязнений внутри побегов растений. Растения производят энзимы, например дегалогеназу и оксигеназу, которые катализируют разложение загрязнения [6,12].

Усиленная биодеградация загрязнений в ризосфере протекает в почве, непосредственно прилегающей к корням растения, когда устанавливается симбиотическая связь между корневой системой растения и микроорганизмами, населяющими корневую зону. Природные вещества, выделяемые корнями растений (сахара, кислоты, спирты), поставляют элементы питания для микроорганизмов, которые при этом усиливают свою биологическую активность. Корни растений, кроме того, разрыхляют почву, а затем отмирают, оставляя каналы для транспорта воды и аэрации почвы. Этот процесс вытягивает воду в поверхностную зону почвы и осушает ниже расположенные зоны насыщения. Чаще всего в проектах фитовосстановления используют тополь, в первую очередь из-за его быстрого роста, а также из-за способности этих деревьев выживать в самых разнообразных климатических условиях. Кроме того, тополи способны вытягивать большие количества воды (по сравнению с другими видами растений) во время ее движения по профилю почвы или непосредственно из водного горизонта. Одновременно из загрязненной среды окажутся вытянутыми большие количества растворенных загрязнителей и уменьшится количество воды, которая пройдет сквозь почву или через водный горизонт, следовательно, понизится количество загрязнителя, вымываемое из почвы или водного горизонта [5,8].

В научной и практической литературе приводятся следующие доводы в пользу посадки растений на загрязненные нефтью почвы: рост корней приводит к рыхлению почвы, благодаря чему увеличивается доступ кислорода в более глубокие слои загрязненной почвы; бобовые растения обогащают загрязненную почву азотом, что стимулирует углеводородокисляющую микрофлору и самоочищение почвы от углеводородов нефти.

Посев многолетних травянистых растений непосредственно в грунт, загрязненный нефтью, без внесения органических удобрений (навоз, торф) непригоден при проведении рекультивационных мероприятий. В этом случае растения к концу первого и началу второго года жизни почти полностью выпадают или формируют очень незначительную фитомассу, не обеспечивающую выполнение культурным фитоценозом — исторически сложившимся сообществом растений определенных видов в связи с одинаковыми климатическими условиями, однообразными горными породами и рельефом на почвах одного типа. Внесение в нефтезагрязненный грунт одних минеральных удобрений дает кратковременный и в целом незначительный положительный эффект и не может рекомендоваться в качестве способа мелиорации [3,4].

Лучшим агротехническим приемом при выращивании многолетних трав на нефтезагрязненных землях следует считать применение торфа или навоза с внесением минеральных удобрений. Оптимальными сроками высева многолетних трав на нефтезагрязненных землях при слабой степени загрязнения следует считать 1 мес, при средней — 1 год.

Нефть и нефтепродукты оказывают сильное влияние на рост растений и состояние культурного фитоценоза в целом. Они резко снижают всхожесть семян и густоту травостоя, вызывая его сильное изреживание и оказывая ингибирующее действие на рост оставшихся (выживших) растений, что проявляется у многолетних злаков в усилении кущения (рост в высоту при этом не увеличивается) и соответствующем увеличении мощности растения (массы одного растения). Продуктивность культур фитоценоза при этом уменьшается (за счет изреживания травостоя). Больший «изреживающий эффект» вызывает сырая нефть. Степень воздействия нефти зависит от дозировки (степени загрязнения), агротехнического фона и срока посева [6,11].

Для формирования культурных фитоценозов на дренированных участках нефтезагрязненных земель наиболее перспективны следующие злаки (перечисление дается по степени уменьшения нефтетолерантности): ежа сборная, полевица белая, тимофеевка луговая, овсяница луговая, овсяница красная, костер безостый, костер прямой, бекмания восточная, волоснец сибирский, а также бобовые: люпин многолетний, лядвенец рогатый, клевер шведский, клевер луговой, клевер ползучий. Из дикорастущих видов местной флоры, самопроизвольно поселяющихся на нефтезагрязненных землях, для целей рекультивации могут быть рекомендованы пырей ползучий, вейник наземный и канареечник тростниковидный. На использованные приемы агротехники они реагировали аналогично культурным растениям, однако требовали повышенной нормы высева при глубине заделки семян 2,5–3 см в предварительно подготовленную почву. До и после посадки проводили прикатывание катком. При этом эффект является долговременным (прослеживается более 10 лет); способ эффективен при самых сильных загрязнениях, нетрудоемок, исключает применение других мелиорантов, содействует значительному уменьшению содержания в почве 3,4-бенз(а)пирена [6,10].

Травы, используемые для рекультивации, должны быть апробированных сортов и местных популяций. Высаживаемые растения должны быстро акклиматизироваться, обладать устойчивостью к неблагоприятным условиям микроклимата и отрицательным физическим и химическим свойствам грунта, иметь сильно развитую корневую систему, обладать способностью к симбиозу с микроорганизмами [1].

Озеленение подобных территорий не завершается посадкой растений, а представляет собой длительный и трудоемкий процесс, требующий регулярного ухода за растительностью. Рекультивацию можно считать завершенной после создания густого и устойчивого травостоя, при этом концентрация остаточных нефтепродуктов со значениями коэффициента окисления нефти более 90 % не должна превышать в среднем по участку 8,0 % в органогенных и 1,5 % в минеральных и смешанных грунтах [2,9].

Механизм естественного очищения почвенных экосистем имеет этапный характер. Каждому из выделенных этапов соответствуют определенные количества и структурные особенности нефти, что определяет конкретную биогеохимическую обстановку в изучаемой системе. Скорости восстановления отдельных биокомпонентов нефтезагрязненных почв значительно ниже скорости трансформации самой нефти в почве. Наблюдается замкнутый по времени эффект последействия. Длительность естественного восстановления нарушенных почвенных экосистем объясняется тем, что действие такого антропогенного фактора, как нефть, не может быть однозначным, оно определенным образом распространяется на всю изучаемую систему.

 

Литература:

 

1.      Ахмиева Р. Б. Воздействие нефтяной отрасли на почвенные ресурсы Чеченской Республики. Молодой ученый. 2011. № 5–1. С. 158–160.
2.      Рашидов М. У., Гакаев Р. А. К вопросу взаимоотношения общества и природы в Чеченской Республике. Вопросы современной науки и практики. Университет им. В. И. Вернадского. 2007. № 3 (9). С. 146–149.
3.      Гакаев Р. А., Ахмиева Р. Б., Калов Р. О., Чатаева М. Ж., Мовлаева М. А., Вагапова А. Б. Словарь терминов и понятий по физической географии. Тбилиси, 2012.
4.      Гакаев Р. А., Зухайраева К. Я. Некоторые меры по снижению вероятности возникновения оползней в Чеченской Республике. Вестник Чеченского государственного университета. 2015. № 1. С. 179–183.
5.      Гакаев Р. А., Ахмиева Р. Б. Нефть и продукты ее переработки в почвах Чеченской Республики и их восстановление. В сборнике: Проблемы освоения недр в XXI веке глазами молодых Материалы 8-й Международной научной школы молодых ученых и специалистов. Институт проблем комплексного освоения недр. 2011. С. 137–138.
6.      Гакаев Р. А., Убаева Р. Ш., Чатаева М. Ж., Вагапова А. Б. Фитомелиоративный подход врекультивации нефтезагрязненных земель Чеченской Республики. Наука и бизнес: пути развития. 2012. № 8 (14). С. 009–013.
7.      Локтионова Е. Г., Бармин А. Н., Пучков М. Ю., Иолин М. М., Байраков И. А., Автаева Т. А., Мантаев Х. З., Гакаев Р. А. Экологическая токсикология: учебное пособие. — Назрань: Пилигрим, 2007. — 210 с.
8.      Убаева Р. Ш., Гакаев Р. А., Ирисханов И. В. Основы системной экологии. Назрань, 2015.
9.      Убаева Р. Ш., Гакаев Р. А., Гайрабеков Х. Т., Ахмиева Р. Б. Природные условия реабилитации нефтезагрязненных почвенных экосистем Чеченской Республики. Глобальный научный потенциал. 2012. № 19. С. 85–88.
10. Эльдарова Х. Б., Гакаев Р. А. Анализ мониторинга заболевания атмосферного воздуха и его влияние на заболеваемость органов дыхания населения г.Грозного. В сборнике: IV Ежегодная итоговая конференция профессорско-преподавательского состава Чеченского государственного университета Ответственный редактор: Н. У. Ярычев. 2015. С. 151–155.
11. Gakaev R. A. To the question of predisposition landslides in mountain landscapes of the Chechen Republic. В сборнике: Научные работы, практика, разработки, инновации 2013 года Cборник научных докладов. Sp. z o. o. «Diamond trading tour». Warszawa, 2013. С. 35–38.
12. Gakayev R. A., Ubaeva R. A. Landslide hazard in the mountainous part of the Chechen Republic. Перспективынауки. 2012. № 6 (33). С. 199–201.