Биохимическое тестирование эффективности рекультивации нарушенных почв на территории добычи природного газа Текст научной статьи по специальности «Экологические биотехнологии»

экология

УДК 631.4:502.76/662.69

в.н. Башкин, д.б.н., профессор, начальник лаборатории, ООО «Газпром ВНИИГАЗ»; р.в. галиулин, д.гн., в.н.с., e-mail: rauf-galiulin@rambler.ru; р.А. галиулина, н.с., Институт фундаментальных проблем биологии РАН

биохимическое тестирование эффективности рекультивации нарушенных почв на территории добычи природного газа

Представлены результаты биохимического тестирования эффективности рекультивации (восстановления плодородия) нарушенных тундровых почв Тазовского полуострова (ЯмалоНенецкий автономный округ) на территории добычи природного газа, осуществляемой ООО «Газпром добыча Ямбург». Высокая эффективность рекультивации посредством торфа нарушенных почв подтверждается повышением активности фермента дегидрогеназы. Данное лабораторное биохимическое тестирование эффективности рекультивации нарушенных почв, проведенное в пределах одного месяца, является альтернативой многолетним полевым наблюдениям.

В условиях Крайнего Севера при проезде техники, связанной с осуществлением геолого-разведочных работ, бурением скважин и обустройством промыслов по добыче природного газа, не исключаются механические воздействия на почвенно-растительный покров, при которых тундровые почвы частично или полностью лишаются растительности и органогенного слоя, а минеральные горизонты выходят на дневную поверхность [1]. В этой связи особое значение придается исследованиям состояния тундровых почв, в частности Тазовского полуострова, где ООО «Газпром добыча Ямбург», кроме междуречья рек Пур и Таз, проводит геолого-разведочные работы и осуществляет добычу газа и газового конденсата и их подготовку к транспортировке [2].

Тазовский полуостров находится на севере Западно-Сибирской равнины в Ямало-Ненецком автономном округе между Обской губой (морским заливом) на западе и Тазовской губой -на востоке (рис. 1). Поверхность полуострова равнинная, покрыта многочисленными мелкими озерами,а также

болотами,слабо наклонена на востоке к Тазовской губе и падает крупными обрывами на западе к Обской губе. Полуостров представляет собой мохово-лишайниковую и кустарниковую тундру, которую в течение столетий на всем ее протяжении местное население использовало и продолжает использовать для пастбищного оленеводства.

ООО «Газпром добыча Ямбург» в своей производственной деятельности руководствуется соблюдением баланса экономических, социальных и экологических составляющих общеизвестной концепции устойчивого развития [2]. Одним из основополагающих принципов экологической составляющей данной концепции, которого придерживается ООО «Газпром добыча Ямбург», является минимизация техногенного воздействия на окружающую среду в зонах размещения производственных объектов, что реализуется, в частности, в виде рекультивации (восстановления плодородия) нарушенных тундровых почв. Так, например, почвы, лишенные органогенного слоя, покрывают смесью торфа и песка (в отношении 1:4)

толщиной до 5-6 см, что в конечном счете должно ускорить восстановление растительности, а следовательно, и самой почвы [1].

Однако в условиях сурового климата тундры с характерным коротким и прохладным летом об эффективности рекультивации почв можно будет судить по факту регенерации на них коренной растительности только спустя десятки лет после начала рекультивации [3]. Поэтому становится крайне важной предварительная экспрессная оценка эффективности рекультивации нарушенных почв путем проведения лабораторных опытов в контролируемых гидротермических условиях с анализом ключевых показателей процесса формирования почвенного плодородия. К числу таких показателей можно отнести активность такого органического катализатора белковой природы, как фермента дегидрогеназы, продуцируемой микроорганизмами и растениями и широко применяемой при оценке типов почвы,плодородия и окультуренности почв, эффективности тех или иных агротехнических приемов и т.д. Дегидрогеназа катализирует ре-

70 \\ ТЕРРИТОРИЯ НЕФТЕГАЗ \\

\\ № 10 \\ октябрь \ 2012

Рис. 1. Карта-схема территории отбора образцов почв и торфа: 1 - полуостров Ямал; 2 - Тазовский полуостров; 3 - Гыданский полуостров; 4 - междуречье рек Пур и Таз; из легенды: а - реки; б - озера; в - болота; г - район отбора образцов почв и торфа [2]

акции дегидрирования (отщепления атомов водорода) органических веществ (углеводов, спиртов, органических кислот и др.), поступающих в почву с растительными остатками. Цель данной работы состояла в биохимическом тестировании эффективности рекультивации посредством торфа нарушенных тундровых почв Тазовского полуострова на территории добычи природного газа путем анализа активности дегидрогеназы в лабораторных условиях.

Для исследований отбирали образцы из слоя 0-6 см двух нарушенных тундровых почв, представляющих собой по гранулометрическому составу связный песок, то есть содержание в почве глины составляло 5-10%, песка -90-95%. Образцы отбирали в районе расположения установок комплексной подготовки газа ООО «Газпром добыча Ямбург», обеспечивающих сбор и обработку природного газа и газового конденсата в соответствии с требованиями отраслевых и государственных стандартов. На одном участке растительность отсутствовала, на другом - отмечалось фрагментарное восстановление растительности в виде отдельных представителей травянозлаковой ассоциации и мхов. Содержание органического углерода в почве без растительности составляло 0,2%, в почве с растительностью - 0,9%. Для рекультивации нарушенных почв применяли торф с зольностью 54%, который добавляли в почву в отношении 1:4. Здесь под зольностью понимается содержание золы в сухом органическом материале, получаемой при нагревании последнего до температуры 800 0С. В качестве эталона использовали органогенный слой толщиной

0-10 см торфяно-глеезема типичного тундрового с зольностью 39%. Водно-

физическая характеристика образцов исследуемых почв и торфа приведена в таблице. Для биохимического тестирования эффективности рекультивации нарушенных почв образцы массой 50 г исходных почв и чистого торфа, а также почв после добавления торфа, увлажненные до 70% от полной влагоемкости, инкубировали в чашках Петри в термостате при температуре 30 0С. На 5-е, 10-е, 20-е и 30-е сутки анализировали активность дегидрогеназы образцов по нижеописанной методике [4].

МЕТОДИКА АНАЛИЗА АКТИВНОСТИ ДЕГИДРОГЕНАЗЫ

Для количественного определения активности дегидрогеназы используют 2,3,5-трифенилтетразолийхлорид

(С19Н15^С1., 2,3,5-ТТХ), бесцветное вещество, который, акцептируя мобилизованный дегидрогеназой водород, превращается в почве в 2,3,5-трифе-нилформазан (С19Н1(^4, 2,3,5-ТФФ), вещество красного цвета:

С^Н^С + Н2 С^Л + ИС1.

Для анализа активности дегидрогеназы навеску почвы (торфа) массой

1 г помещают в модифицированную колбу Эрленмейера емкостью 20 мл с коленчатым боковым отростком емкостью 3 мл со шлифами (рис. 2). В эту же колбу добавляют 0,1 г карбоната кальция (СаС03), затем последовательно приливают по 1 мл 1%-ных водных растворов глюкозы (С6Н1206) и 2,3,5-ТТХ. Содержимое колбы перемеши-

Таблица. Водно-физическая характеристика образцов почв и торфа

Образец Плотность (объемная масса), г/см3 Капиллярная влагоемкость, % Полная влагоемкость, %

Торфяно-глеезем типичный тундровый 0,4 216 315

Торф 0,4 216 420

Нарушенная почва без растительности 1,7 25 32

То же + торф, 4:1 1,0 66 80

Нарушенная почва с растительностью 1,5 37 43

То же + торф, 4:1 0,9 78 102

WWW.NEFTEGAS.INFO

\\ экология \\ 71

экология

Рис. 2. Устройство, использованное для анализа активности дегидрогеназы почвы (торфа):

1 - модифицированная колба Эрленмейера; 2 - коленчатый отросток колбы; а - смесь почвы (торфа), карбоната кальция и растворов глюкозы и 2,3,5-трифенилтетразолийхлорида; б - насыщенный щелочной раствор пирогаллола [4]

вают, а в коленчатый отросток вводят шприцем 2,5 мл насыщенного щелочного раствора пирогаллола (С6Н3(0Н)3), который готовят с использованием гидроксида калия (КОН). Колбу и ее коленчатый отросток герметично за-

крывают и на сутки помещают в термостат на инкубацию при температуре 30 0С. После этого образовавшийся в почве (торфе) 2,3,5-ТФФ кратно экстрагируют этиловым спиртом (С2Н50Н) до достижения бесцветной вытяжки. Окрашенную вытяжку пропускают через бумажный фильтр в мерную пробирку. Интенсивность окрашивания объединенных фильтратов этилового спирта измеряют спектрофотометром при длине волны 490 нм. Концентрацию 2,3,5-ТФФ вычисляют по калибровочному графику, составленному для этого вещества в диапазоне, например,

1-25 мкг 2,3,5-ТФФ/мл. Активность дегидрогеназы выражают в мкг или мг 2,3,5-ТФФ/(г.сут.).

БИОХИМИЧЕСКОЕ ТЕСТИРОВАНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ РЕКУЛЬТИВАЦИИ НАРУШЕННЫХ ПОЧВ ПУТЕМ АНАЛИЗА АКТИВНОСТИ ДЕГИДРОГЕНАЗЫ

Данные рисунка 3 показывают, что в течение всего периода наблюдения добавление торфа как природного образования, состоящего из растительных остатков и продуктов их разложения

(гумуса), существенно повышало активность дегидрогеназы нарушенной почвы без растительности и особенно почвы с растительностью соответственно на 11-23% и 29-52% относительно почв без добавления торфа. Дегидрогеназа четко реагировала на поступление в почвы торфа, что выразилось в интенсификации реакции дегидрирования значительной массы органических веществ растительного происхождения по сравнению с исходным их низким содержанием в нарушенных почвах. Таким образом, подтверждается высокая эффективность рекультивации посредством торфа нарушенных почв. При этом активность дегидрогеназы чистого торфа не только достигала соответствующей активности торфяно-глеезема типичного тундрового, взятого в качестве эталона, но и в первые 5 суток была выше на 29%.

Доказательством адекватности использования активности дегидрогеназы для биохимического тестирования эффективности рекультивации посредством торфа нарушенных почв послужили результаты корреляционного и регрессионного анализа экспериментальных данных. Так, расчет коэффициента корреляции (г), указывающего на направление и степень сопряженности в изменчивости признаков, показал наличие сильной корреляционной зависимости между активностью дегидрогеназы и плотностью (объемной массой) образцов (г = -0,95), активностью дегидрогеназы и капиллярной влагоемкостью (г = 0,95), а также активностью дегидрогеназы и полной влагоемкостью (г = 0,95) образцов. Соответствующие формулы корреляционной зависимости, то есть уравнения линейной регрессии, позволяющие судить о том, как количественно меняется результативный признак (у) при изменении факториального (х) на единицу измерения, имеют следующий вид:

у = 76,9 - 44,4х; у = 2,74 + 0,28х; у = 7,71 + 0,15х.

Как оказалось, чем меньше плотность (объемная масса) и, соответственно, больше капиллярная и полная влаго-

Рис. 3. Динамика активности дегидрогеназы образцов почв и торфа. Контроль -торфяно-глеезем типичный тундровый; 1 - торф; 2 - нарушенная почва без растительности; 3 - нарушенная почва без растительности с добавлением торфа (1:4); 4 - нарушенная почва с растительностью; 5 - нарушенная почва с растительностью с добавлением торфа (1:4)

72 \\ ТЕРРИТОРИЯ НЕФТЕГАЗ \\

\\ № Т0 \\ октябрь \ 2012

емкость, обусловленная в основном органической составляющей образцов, тем выше активность дегидрогеназы. Значительное влияние влажности на активность дегидрогеназы почвы связано с тем, что влага определяет нормальное физиологическое состояние микроорганизмов и растений -продуцентов ферментов в почве, а также поддерживает в реакционном состоянии ферменты и их субстраты (углеводы, спирты, органические кис-

лоты и др.), то есть катализируемые вещества.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Таким образом, проведенные исследования позволяют прийти к заключению о возможности биохимического тестирования эффективности рекультивации посредством торфа нарушенных тундровых почв на территории добычи природного газа. Корректность оценки эффективности рекультивации

нарушенных почв по активности дегидрогеназы подтверждается наличием сильных корреляционных зависимостей между этим ключевым показателем плодородия и водно-физическими свойствами почв и торфа. Данное лабораторное биохимическое тестирование эффективности рекультивации нарушенных почв, проведенное в пределах одного месяца, является альтернативой многолетним полевым наблюдениям.

Литература:

1. Андреев О.П., Ставкин Г.П., Левинзон И.Л., Перепелкин И.Б., Лобастова С.А. Защита и восстановление земель и ландшафтов Крайнего Севера при добыче газа // Экология и промышленность России. - 2003. - № 6. - С. 4-9.

2. Андреев О.П., Башкин В.Н., Галиулин Р.В., Арабский А.К., Маклюк О.В. Решение проблемы геоэкологических рисков в газовой промышленности. Обзорная информация. - М.: Газпром ВНИИГАЗ, 2011. - 78 с.

3. Васильевская В.Д., Григорьев В.Я. Биологические показатели деградации и самовосстановления почвенно-растительного покрова тундр // Сибирский экологический журнал. - 2002. - Т. IX. - № 3. - С. 355-370.

4. Башкин В.Н., Бухгалтер Э.Б., Галиулин Р. В., Коняев С.В., Калинина И.Е., Галиулина Р. А. Способ контроля очистки почв, загрязненных углеводородами, и нейтрализации углеводородных шламов посредством анализа активности дегидрогеназы. Российская Федерация. Патент на изобретение № 2387996 // Бюллетень Изобретения. Полезные модели. - 2010. - № 12 (IV ч.). - С. 938-939.

Ключевые слова: нарушенная почва, рекультивация, торф, биохимическое тестирование, активность фермента дегидрогеназы.

О

кзит

ЙОПЄЙСКНЙ УУЧХЛЯ изоляции рруь

ОБЩЕСТВО С ОГРАНИЧЕННОЙ ОТВЕТСТВЕННОСТЬЮ

КОПЕЙСКИЙ ЗАВОД ИЗОЛЯЦИИ ТРУБ

НАНЕСЕНИЕ АНТИКОРРОЗИОННЫХ ПОКРЫТИИ (ДВУХ- И ТРЁХСЛОЙНЫХ) НА ОСНОВЕ ЭКСТРУДИРОВАН ного паян этил ЄН Л НА НАРУЖНУЮ ПОВЕРХНОСТЬ СТАЛЬНЫХ ТРУБ диаметром ОТ 154 ДО 14»ММ.

ш< КНИІ і ікокрлі очных покрМ ГИІ на наружную и внугркннкно ПОВЕРХНОСТЬ СТАЛЬНЫХ ТРУБ ДИАМЕТРОМ ОТ 15» ДО 1410ММ, ДЛЯ ПОДЗЕМНЫХ И НАЗЕМНЫХ ТРУБОПРОВОДОВ В СООТВЕТСТВИИ С ПРОЕКТОМ ИЛИ ТРЕБОВАНИЯМИ ЗАКАЗЧИКА.

! її о і пн. л.ни гн> і и\ ■ і г'во. и#:; МЕТОДОМ хШКЩноГО ГНутья из СТАЛЬНЫХ ТРУБ ДИАМЕТРОМ ОТ 219 ДО І420ММ

0< Н И і и.їм [ № і В ... К Е СОБСТВЕННОЙ ЛАБО РАТОРИ Н ПУТЕМ ПРОВЕДЕНИЯ:

- веразру шлющего узк н реіі г г ено графического контроля сварных соединений и проката;

- СПЕ КТРА Л ЬНОГО А НА Л И ЗА X ИМ И Ч ЕС КОГ О СОСТАВА МЕТАЛЛА; ШШ-. ■ ' - !

- МЕХАНИЧЕСКИХ ИСПЫТАНИЙ;

- гидроиспытдний ТРУБ ДИАМЕТРОМ 7ім и то мм.

В0( < іШОвЛениі: груб ВКЛЮЧАЕТ В СЕБЯ:

-ОЧИСТКА ОТ ІІА ГУЖ НОЙ ИЗаЗЯЦИНТРУБ Е/У ГИДРОКЛ И НЕРОМ;

- внутренних ОЧИСТКА ТРУБ Б/У;

- ВИЗУАЛЬНО-ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ КОНТРОЛЬ;

-МЕХАНИЧЕСКАЯ и<н нквая горное: клНОВЦС>ВТРУБ;

- РЕМОНТ КОРРОЗИОННЫХ ДЕФЕКТОВ;

- НЕРАЗРУШАВДЩИЙ КОН Г РОЛЬ;

- ОПРЕДЕЛЕНИЕ ХИМИЧЕСКОГО СОСТАВА И МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ.

Іпі отов. іЕниі ( или ИЗ ТРУБЫ ДИАМЕТРОМ іяї-ніо ММ, ДЯи ИСПОЛЬЗОВАНИЯ в СТРОИТЕЛЬСТВЕ ЖИЛЫХ И НЕЖИЛЫХ ПОМЕЩЕНИЙ, ДОРОЖНЫХ И ПОРТОВЫХ СООРУЖЕНИЙ, А ТАКЖЕ В КАЧЕСТВЕ ОПОР д ія применении, как в ГРУНТЕ, ТАК и в нрнкрежной Зоне С ПОГРУЖЕНИЕМ в воду.

ВСЯ ПРОДУКЦИЯ ООО «КОПЕЙСКИЙ ЗАВОД ИЗОЛЯЦИИ ТРУБ* СЕРТИФИЦИРОВАНА В СООТВЕТСТВИИ С ГОСТ р И СО чощ-2(101 И СТО ГАЗПРОМ 9001-1001. ПРЕДПРИЯТИЕ ИМЕЕТ СЕРТИФИКАТ «ТРАНССЕРТ». ПРОИЗВОДСТВО НА ООО-(КОПЕЙСКИЙ ЗАВОД ИЗОЛЯЦИИ ТРУКч ОСУЩЕСТВЛЯЕТСЯ НА ОСНОВАНИИ ТУ, СОГЛАСОВАННЫХ ОАО «ВНИИСТ» и <ю(> «книнглз».

Ч ЕЛЯ И НС КАЯ ОЕи1ч Г, КОПЕЙСК, УЛ,’ МКЧНИКОНА, ( ТЕЛЕФОН/ФАКС; (35139} 20-9»!, (35139) 20-982 Е-МАШ KZrr@KZrr.RC \\Л\ЛУ,К/ПШ

на правах рекламы