Биоэкологические особенности реабилитации почв, загрязненных нефтью и нефтепродуктами



Нефтяное загрязнение почвенной экосистемы может способствовать накоплению в почве микроскопических грибов, вызывающих заболевания растений и фитотоксины. Последнее обстоятельство играет немаловажную роль при разработке мероприятий по фитомелиорации нефтезагрязненных земель. Биологическая рекультивация осуществляется после технической рекультивации и включает комплекс агротехнических и фитомелиоративных мероприятий.

Техническая рекультивация осуществляется на основании нормативных документов. Ее основной целью является инженерная подготовка территории, обеспечивающая возможность полного восстановления плодородия нарушенных земель. На этапе технической рекультивации, перед проведением технологии биологической рекультивации, необходимо локализовать загрязненный участок и уменьшить количество нефтепродуктов, впитавшихся в грунтовую толщу (почву), используя для этих целей нанотехнологии — сорбенты или выемки нефтезагрязненного грунта [2, 8].

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. Лимитирующим климатическим фактором является влагообеспеченность [1, 7].

В окружающей среде широко распространены микроорганизмы, способные разлагать углеводородные соединения и очищать природные объекты (почвы, воды) от нефтепродуктов. Это направление по защите окружающей среды от химического загрязнения получило название «экологической биотехнологии». Разложение нефтепродуктов в почве является биогеохимическим процессом, в котором решающее значение имеет функциональная активность комплекса почвенных микроорганизмов, обеспечивающих полную биодеградацию углеводородов до диоксида углерода и воды.

Ускорить очистку почв от нефтезагрязнений с помощью микроорганизмов возможно двумя способами: активизацией метаболической активности естественной микрофлоры почв (аборигенной микрофлоры) путем изменения определенных физико-химических условий среды, применяя хорошо известные агротехнические приемы; интродукцией специально подобранных активных биодеструкторов загрязнений.

Важным фактором, определяющим интенсивность биоразложения нефтепродуктов, является обеспеченность почв биогенными элементами — азотом, фосфором, калием. Экспериментальным путем показано, что скорость биологического окисления углеводородов увеличивается при добавлении в почву нитратов и фосфатов.

Температура также играет большую роль при прочих равных условиях. Оптимальной температурой разложения нефтепродуктов в почве является 20–40°С. Одним из эффективных приемов регулирования температуры почв является покрытие загрязненных участков темной полиэтиленовой пленкой.

Восстановление загрязненных нефтью земель — многоэтапный процесс, каждая стадия которого соответствует определенной последовательности естественной геохимической и биологической деструкции поступивших в почвы нефтяных углеводородов [4].

Наиболее быстро восстанавливаются такие физические свойства почв, как плотность, пористость, структурный состав. Более длительное фитомелиоративное воздействие требуется для восстановления водопрочности агрегатов. Эффективность фитомелиоративного улучшения почв связана с биологической продукцией растений, которая в свою очередь отражает климат.

Поддержание почвы во влажном состоянии является одним из агротехнических приемов, усиливающих биологическую активность. Улучшение водного режима путем полива обуславливает улучшение агрохимических свойств почв, в частности, влияет на подвижность питательных веществ, микробиологическую деятельность и активность биологических процессов. Одновременно с этим усиливается действие на микробиологическую и ферментативную активность агрохимических приемов, например, внесения удобрений, рыхления [6, 9].

При фитомелиорации происходит прежде всего: 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; растения способны самостоятельно метаболизировать углеводороды нефти.

Стимулирующее действие на рост микроорганизмов в почве оказывает корневая система люцерны и других трав с разветвленной корневой системой (фитобиологическая интенсификация естественной деградации нефтепродуктов). В связи с этим посев в нефтезагрязненную почву люцерны (при содержании нефтепродукта до 3 г/кг почвы) и других трав способствует ускорению разложения углеводородов. Это объясняется тем, что своей развитой корневой системой они способствуют улучшению газовоздушного режима загрязненной почвы, обогащают ее азотом и биологически активными соединениями, выделяемыми корневой системой в процессе жизнедеятельности. В этой связи нельзя не учитывать возможность самих растений подвергать разложению различные классы нефтяных углеводородов — фитодетоксикация [2, 5].

На основе анализа путей ассимиляции компонентов нефтепродуктов отобраны и скомбинированы в биопрепараты различной направленности (нефть, мазут, дизельное топливо) наиболее активные штаммы.

Большинство известных в настоящее время биопрепаратов имеют в своей основе нефтеокисляющие бактерии определенных штаммов. Однако, доказано, что внесение чужеродных бактерий угнетающе действует на местный биоценоз, что, в свою очередь, изменяет среду, хотя и способствует нейтрализации токсичных соединений. Поэтому современные биопрепараты готовятся на основе выделенных из загрязненной нефтепродуктами почвы (т. е. из местного биоценоза) и культивированных для дальнейшего применения при очистке данной почвы [3].

Использование микроорганизмов для очистки почв находит все большее применение. При этом, в каждом конкретном случае используется сугубо эмпирический подход при подборе условий биоактивации или выборе культур для интродукции микроорганизмов в окружающую среду. Скорость деструкции нефтепродуктов зависит не только от вида микроорганизмов и субстрата, но и от влажности почвы и наличия микроэлементов, источников азота и фосфора, свободного кислорода, рН и буфферности среды, температуры. Поэтому при очистке почвы от нефтепродуктов биопрепараты применяют в комплексе с агротехническими мероприятиями. В зависимости от типа загрязнения, его концентрации и возможностей реализации процесса различают следующие варианты биовосстановления: осуществление агротехнических мероприятий без применения биопрепарата (до 5 г нефтепродукта на кг почвы); обработка почвы биопрепаратом в сочетании с агротехническими мероприятиями на месте загрязнения (примерно до 50 г нефтепродукта/кг почвы); выемка загрязненной почвы с последующей обработкой ее биопрепаратом в сочетании с агротехническими мероприятиями на специальных площадках или в биореакторах (более 50 г нефтепродукта/кг почвы).

Биовосстановление почв, загрязненных нефтепродуктами, считается наиболее перспективным методом их очистки. Следует обратить внимание на разнообразие нефтепродуктов по химическому составу, а также климатических условий и других факторов окружающей среды (влажность, доступность источников фосфора, азота, калия, рН среды и др.).

Литература:

1. Гаджиев Н. Г., Гакаев Р. А. Внедрение культурных фитоценозов с целью улучшения состояния нарушенных почв (на примере Чеченской Республики). В сборнике: Актуальные проблемы экологии и природопользования Сборник научных трудов. 2014. С. 227–230.
2. Гакаев Р. А. Нефтезагрязненные почвы Чеченской Республики: их современное состояние и перспективы оптимизации. В сборнике: Человек и окружающая среда: друзья или враги? Материалы Международной научной конференции. 2011. С. 7–9.
3. Гакаев Р. А., Багашева М. И. Условия почвообразования в Чеченской Республике. В сборнике: Экологические проблемы. Взгляд в будущее Сборник трудов VI Международной научно-практической конференции. 2010. С. 67–69.
4. Гакаев Р. А. Экологические биотехнологии в восстановлении нефтезагрязненных почвенных экосистем. В сборнике: Природные и социальные экосистемы Материалы Всероссийской научно-практической конференции с международным участием. отв. редактор В. В. Алексеев. 2016. С. 28–32.
5. Гакаев Р. А. Восстановление продуктивности земель подверженных негативному воздействию нефтекомплекса Чеченской Республики посадкой многолетних насаждений. В сборнике: Международная научная конференция, посвященная 500-летию армянского книгопечатания и 65-летию основания СНО ЕГУ Материалы Международной научной конференции, посвященной 500-летию армянского книгопечатания и 65-летию основания СНО ЕГУ. 2013. С. 89–92.
6. Гакаев Р. А., Гаджиев Н. Г. Восстановление севооборота на нефтезагрязненных землях Чеченской Республики. В сборнике: Экологический интеллект — 2013 Материалы VIII Международной научно-практической конференции молодых ученых. Днепропетровский национальный университет железнодорожного транспорта. 2013. С. 101–103.
7. 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. Т. 2. № 3 (9). С. 146–149.
8. Убаева Р. Ш., Гакаев Р. А., Ирисханов И. В. Основы системной экологии. Назрань, 2015.
9. Экологическая токсикология / Локтионова Е. Г., Бармин А. Н., Пучков М. Ю., Иолин М. М., Байраков И. А., Автаева Т. А., Мантаев Х. З., Гакаев Р. А./ Учебное пособие. Назрань, 2007.