CC BY
6УДК 665.66:54.04:552.578.2(98) DOI 10.24412/cl-37255-2024-1-140-143
БИОРЕМЕДИАЦИИ АРКТИЧЕСКИХ ПОЧВ ОТ НЕФТЕЗАГРЯЗНЕНИЙ, ФАКТОРЫ,
ВЛИЯЮЩИЕ НА ЕЕ ЭФФЕКТИВНОСТЬ
Лифшиц С.Х., ГлязнецоваЮ.С., Чалая О.Н., ЗуеваИ.Н., ПоповаН.И.
Федеральный исследовательский центр «Якутский научный центр Сибирского отделения Российской академии наук», обособленное подразделение Институт проблем нефти и газа СО РАН, г. Якутск E-mail: [email protected]
Аннотация. Проведены натурные эксперименты по изучению эффективности биоремедиации почв в Арктическом регионе (Нижнеколымская нефтебаза). Результаты исследований показали, что интродукция углеводородокисляющих микроорганизмов практически не повлияла на процесс восстановления почв. Это может быть связано с климатическими особенностями региона (микроорганизмы не смогли приспособиться к арктической среде), с очень высоким уровнем загрязнения почв, при котором биопрепараты начинают терять свою эффективность вследствие нарушения водно-воздушного режима почв, а также способностью углеводородных поллютантов к миграции.
Ключевые слова: нефтезагрязнение почв, Арктический регион, биоремедиация, очень высокий уровень загрязнения, окислительная деструкция
В настоящее время загрязнение почв нефтью и нефтепродуктами стали одними из наиболее распространенных. Это касается и Арктической зоны, особенно в связи с ее потенциальным развитием в области разведки и добычи углеводородного сырья. Северная природа очень ранима, процессы самовосстановления почв идут крайне медленно, вследствие этого необходима разработка эффективных способов восстановления почв, не нарушающих сложившийся хрупкий северный биоценоз [1]. К таким способам можно отнести очистку методами биоре-медиации, когда в нефтезагрязненную почву либо вносятся углеводородокисляющие микроорганизмы (УОМ), либо активизируется собственная углеводородокисляющая микрофлора [2]. В почвах Арктического региона содержание УОМ крайне ограничено [3]. Вследствие этого, вероятно, интродукция УОМ в нефтезагрязненные почвы должна повысить эффективность очистки. С целью изучения процессов восстановления арктических почв от нефтезагрязнений методом биоремедиации были проведены натурные эксперименты на участке территории Нижнеколымской нефтебазы (н/б), загрязненной нефтепродуктами. Были выделены два экспериментальных участка. Первый участок ничем не обрабатывали, он служил контролем. Второй участок обработали жидким биопрепаратом на основе УОМ, выделенных из почв северных территорий [4]. Пробы почв отбирали с участков до начала эксперимента и через два месяца, в конце теплого периода, пока почвы еще не подверглись длительным заморозкам. Для изучения, как влияет длинный период отрицательных температур на процессы биоремедиации, пробы почв с этих же участков были отобраны через год после начала эксперимента. Отобранные пробы изучали с применением комплекса геохимических методов анализа. Уровень загрязнения определяли методом холодной хлороформенной экстракции по выходу хлорофор-менного экстракта (ХЭ). Для исследования процессов трансформации нефтезагрязнения выделенный (ХЭ) изучали методами ИК-Фурье спектроскопии и жидкостно-адсорбционной хроматографии. Более подробно методики исследований описаны в работе [5].
Результаты экспериментов представлены в таблице 1.
Таблица 1 - Динамика изменения уровня нефтезагрязнения и его состава в процессе очистки
Время Геохимические показатели 1 участок 2 участок
Начало эксперимента Уровень загрязнения, г/кг почвы Состав ХЭ: углеводороды, % смолы, % 95,07 78,80 18,20 56,27 82,32 15,56
асфальтены, % 3,00 2,12
Через 2 месяца Уровень загрязнения, г/кг почвы Состав ХЭ: углеводороды, % смолы, % асфальтены, % Коэффициент деструкции, % 89,49 75,42 22,30 2,28 5,9 52,77 78,25 19,59 2,16 6,2
Через год Уровень загрязнения, г/кг почвы Состав ХЭ: углеводороды, % смолы, % асфальтены, % Коэффициент деструкции, % 79,97 74,40 23,73 1,87 15,9 46,93 77,11 19,85 3,04 16,6
Видно, что оба участка сильно загрязнены. По классификации Гольдберга уровень загрязнения на обоих участках относится к очень высокому [6]. Из данных, приведенных в таблице 1, следует, что нефтезагрязнение за два месяца эксперимента подверглось незначительной деструкции. Коэффициент деструкции (Кдестр) как в случае внесения биопрепарата (Кдестр. 6,2%) на участке № 2, так и без него (Кдестр. 5,9%), участок № 1 приблизительно одинаковый. Следует отметить, что за один летний сезон на мерзлотных почвах Якутии в процессе биоре-медиации нам удавалось достичь значительно более высоких результатов (Кдестр. 56% ^ 66% на Ленской н/б, 33% ^ 84% на Якутской н/б, 39% на Батагайской н/б, 85% на Момской н/б при свежем разливе дизельного топлива). Низкая эффективность очистки может быть связана с различными факторами: климатические условия, тип почв, характер и уровень нефтезагрязнения, процессы миграции углеводородных поллютантов, ландшафт местности и другие. Рассмотрим некоторые из них. Эксперимент проводился на функционирующей н/б, т. е. не исключено повторное загрязнение участков как свежими загрязнителями, так и мигрирующими углеводородами с дождевыми и сезонно-талыми водами. Другой возможной причиной может быть неспособность внесенных УОМ адаптироваться к условиям арктической среды. Для ответа на поставленные вопросы рассмотрим, как менялся состав загрязнения в течение эксперимента.
Согласно характеру ИК-спектров ХЭ проб почв, начальное загрязнение носило слабо выраженный окисленный характер (рис. 1). Об этом свидетельствует наличие полос поглощения (п.п.) в области 1700 см-1, характерной для карбонильных групп и едва заметное 3300 см-1 -для гидроксильных. В таблице 2 представлены относительные коэффициенты поглощения кислородсодержащих групп: карбонильных (п.п. 1700 см-1) и гидроксильных (п.п. 3300 см-1) к углеводородным связям (п.п. 1460 см-1).
Таблица 2 - Относительные коэффициенты поглощения кислородсодержащих групп
Участки Начало эксперимента Через два месяца Через год
К1700/1460 К3300/1460 К1700/1460 К3300/1460 К1700/1460 К3300/1460
1 0,12 0,03 0,17 0,05 0,28 0,10
2 0,10 0,04 0,11 0,02 0,11 0,04
Видно, что через два месяца и через год после начала эксперимента углеводородные пол-лютанты стали более окисленными. Однако внесение биопрепарата не ускорило процессы окислительной деструкции нефтезагрязнения. То, что загрязнение на обоих участках стало носить более окисленный характер, свидетельствует в пользу того, что новых разливов на этих участках, по-видимому, не происходило, иначе характер ИК-спектров ХЭ приобрел бы более
углеводородный характер. Это предположение подтверждает и групповой состав ХЭ, в котором доля углеводородов медленно снижается. То есть деструкция нефтезагрязнения протекала, но с очень малой интенсивностью, без особых различий на обоих участках вне зависимости от того, проводилась обработка биопрепаратом или нет. В длительный период отрицательных температур согласно выходам ХЭ, их групповому составу, характеру ИК-спектров (табл. 1, 2) процессы биодеградации нефтезагрязнения также продолжались практически с одинаковой интенсивностью. Коэффициент деструкции нефтезагрязнения за год составил 15,9% и 16,6% для первого и второго участков, соответственно (табл. 1).
3000 2000 1500 „ 1000 , _Длина волны (см-1)
3000 2000 1500 1000
Длина волны (см-1)
Рисунок 1 - ИК-спектры ХЭ проб почв, а - начало эксперимента, Ь - через 2 месяца, с - через год
Таким образом, внесение биопрепарата не оказало существенного влияния на процессы деградации нефтезагрязнения. Коэффициенты деструкции нефтезагрязнения на обоих участках различаются очень слабо, как за два месяца биоремедиации (5,9% и 6,2%), так и за год (15,9% и 16,6%). Вероятно, внесенные в почву УОМ не смогли адаптироваться к условиям арктической среды. Столь низкая активность биопрепарата может быть также связана с очень высоким уровнем нефтезагрязнения участков. Известно, что при попадании высоких концентраций нефти или нефтепродуктов в почву нарушается ее водно-воздушный режим [2]. Ко-
мочки почвы слипаются, что затрудняет диффузию в нее воды и воздуха. В отсутствии кислорода активность УОМ резко снижается. Кроме того, территории нефтебаз обычно отсыпают насыпными грунтами, в составе которых присутствуют гравий, галька. Для таких покрытий, которые лишь условно можно отнести к почвам, характерна очень низкая способность к минерализации попадающих в них органических поллютантов, особенно это касается арктических территорий. Как видно, все указанные причины по отдельности или в совокупности способны снижать эффективность биологической очистки, что, по-видимому, и имело место в данном эксперименте. Вследствие этого необходимо продолжение исследований для повышения эффективности биологических способов очистки арктических территорий, подвергшихся техногенной нагрузке, от нефтезагрязнений.
Работа выполнена в рамках государственного задания Министерства науки и высшего образования Российской Федерации (рег. № 122011200369-1) с использованием научного оборудования Центра коллективного пользования ФИЦ ЯНЦ СО РАН.
Список литературы
1. Оборин А.А., Хмурчик В.Т, Иларионов С. А., Маркарова М.Ю., Назаров А.В. Нефтеза-грязненные биоценозы. Пермь: УрО РАН; Перм. гос. ун-т; Перм. гос. техн. ун-т., 2008. 511 с.
2. Солнцева Н.П. Добыча нефти и геохимия природных ландшафтов. М.: Изд-во МГУ, 1998. 376 с.
3. Lifshits S., Glyaznetsova Yu., Erofeevskaya L., Chalaya O., Zueva I. Effect of oil pollution on the ecological condition of soils and bottom sediments of the arctic region (Yakutia) // Environmental Pollution. 2021. V. 288. P. 117680. DOI: 10.1016/j.envpol.2021.117680
4. Ерофеевская Л.А., Глязнецова Ю.С., Зуева И.Н., Чалая О.Н., Лифшиц С.Х. Биоремедиа-ция нефтезагрязненных почв в климатических условиях Крайнего Севера. Новосибирск: СО РАН, 2022. 132 с.
5. Глязнецова Ю.С., Зуева И.Н., Чалая О.Н., Лифшиц С.Х. Нефтезагрязнение почвогрунтов и донных отложений на территории Якутии (состав, распространение, трансформация). Якутск: Ахсаан, 2010. 160с.
6. Гольдберг В.М., Зверев В.П., Арбузов А.И. Техногенное загрязнение природных вод углеводородами и его экологические последствия. М.: Наука, 2001. 125 с.
