CC BY
20
УДК 575/574.24
БИОТЕСТИРОВАНИЕ ТЕХНИЧЕСКИХ ВОД НЕФТЕГАЗОВЫХ МЕСТОРОЖДЕНИИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ЦИТОГЕНЕТИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ РАСТЕНИЙ
© 2011 г. Е.И. Шиманская1, Т.В. Вардуни1, В.Н. Прокофьев1, А.К. Шерстнев1, Г.В. Омельченко2, И.А. Горлачев1
1Научно-исследовательский институт биологии Южного федерального университета, пр. Стачки, 194/1, г. Ростов н/Д, 344090, niib@sfedu.ru
2Колледж Ростовского государственного медицинского университета, пр. Ворошиловский 24, г. Ростов н/Д, 344006
1Scientific Research Institute of Biology of Southern Federal University, Stachki Ave, 194/1, Rostov-on-Don, 344090, niib@sfedu.ru
2College of Rostov State Medical University, Voroshilovsky Ave, 24, Rostov-on-Don, 344006
Осуществлено комплексное исследование технических вод Мирненского нефтегазового месторождения Ставропольского края, включающее гамма-спектрометрические, физико-химические и цитогенетические исследования. Исследованы цитогенети-ческие последствия воздействия технических вод на корневую меристему проростков пшеницы (Triticum sativum). Выявлена высокая степень загрязнения технических вод солями тяжелых металлов. Гамма-спектрометрические исследования показали, что технические воды содержат радионуклиды уранового, ториевого и актиниевого рядов, а также изотоп К-40. Показана целесообразность мониторинговых исследований мутагенной активности технических вод нефтегазовых месторождений.
Ключевые слова: технические воды, мониторинг, генотоксичность, нефтегазовые месторождения.
The integrated research of the Minersky oil and gas field's technical water of Stavropol Region including the gammaspectrometric, physicochemical and cytogenetic researches was carried out. The cytogenetic effect of the technical water influence on the weat acrospire root meristem was tested. High pollution degree of technical water because of salt of heavy metals was exposed. Gammaspectrometric researches showed that technical wate includes radionuclide of uranic, thoric and actinic rows, and also the isotope K-40. Besides, the reasonobility of the mutagenic activity monitoring researches of the oil and gas field technical water was performed.
Keywords: technical waters, monitoring, genotoxical, oil and gas deposits.
Основная опасность технических нефтегазовых месторождений заключается в высоком содержании углеводородов нефти, обладающих токсичностью для живых организмов. Концентрация водорастворимых фракций нефти (ВРФН) достигает в пластовых водах 20^50 мг/л и выше. Помимо ВРФН, сопутствующие технические воды содержат ряд высокотоксичных, канцерогенных и мутагенных полиароматических углеводородов, образующихся из низкомолекулярных соединений. В процессе разделения газовой и водной фракций технические воды сбрасываются в пруды-испарители. Присутствующие в них радиоактивные и химические загрязнители в большей части (до 70 %) накапливаются в донных отложениях, глубина залегания которых достигает 0,8^1,3 м. В тёплое время года происходит интенсивное испарение с образованием атмоореолов от 95 до 150 м3/сут. Уровень воды в прудах-испарителях резко падает, что приводит к эрозии берегов и в конечном счёте к пылению. Зона разноса радиоактивной пыли в период суховеев достигает 70^80 км [1].
Несмотря на внимание к проблеме повышения экологической безопасности разработки нефтегазовых месторождений, комплексная оценка технических вод не всегда включает исследования их мутагенной активности, что не позволяет объективно судить о масштабах потенциальной опасности технических вод для живых организмов.
Основная цель исследования - комплексная оценка технических вод Мирненского газоконденсатного месторождения (МГМ) Ставропольского края.
В задачи исследования входило установление характера и уровня загрязнения воды в прудах-испарителях по удельной активности радионуклидов и определению анионно-катионного состава; определение экологического и цитогенетического эффекта технических вод по уровню аберраций хромосом (АХр) в корневой меристемы пшеницы (Triticum sativum) после проращивания ее в загрязненной воде.
Пробы воды отобраны в прудах-испарителях Ку-черлинского и Мирненского минерального газоконденсатного месторождения.
Гамма-спектрометрические исследования показали, что технические воды содержат радионуклиды уранового, ториевого и актиниевого рядов, а также изотоп К-40. Удельные активности радионуклидов приведены в табл. 1.
Таблица 1
Удельные активности радионуклидов
Определяемый радиоизотоп Удельная активность, Бк/л
Пруд-испаритель, скважина 1151 В Пруд-испаритель, скважина 1230 А
U-238 0,824 0,085
Th-234 17,00 14,00
Ra-226 5,206 4,00
Pb-210 8,853 7,226
Ra-224 < 0,005 < 0,001
Th-232 3,407 2,645
Ac-228 3,407 2,645
K-40 7,241 5,998
В физико-химическом отношении попутные технические воды минерального газо-конденсатного месторождения представляют собой слабокислые, нейтральные или слабощелочные высокоминерализованные (34156,52 мг/дм) сульфатно-натриевые растворы, содержащие 120 мг/дм взвешенных веществ, представленных в основном гидроокислами железа и глинистыми минералами. Из природных органических соединений установлены углеводороды. К категории поллю-тантов техногенного происхождения относятся неонол АФ 9-12, диамид угольной кислоты, карбоксиметилцел-люлоза, сульфитспиртовая барда (КССБ № 2), сульфа-нол. Все эти соединения вводятся в раствор в процессе бурения скважин и сепарации газа. Данные анионно-кати-онного состава технических вод газовых скважин, взятых с глубины 480 и 140 м, представлены в табл. 2.
С целью выявления гено-токсических эффектов воздействия технических вод МГМ применен анафазный метод учета аберраций хромосом в корневой меристеме проростков пшеницы (Triticum sativum) (рисунок).
В табл. 3 приведены результаты цитогенетического
анализа корневой меристемы проростков пшеницы Triticum sativum после проращивания ее в пробах технических вод МГМ (глубина скважин 480 и 150 м). В каждом из опытных образцов пробы воды разбавлены в 5 и 10 раз для возможности прорастания пшеницы.
Таблица 2
Химический состав технических вод
Определяемый Водопроводная Пруд-испаритель, Пруд-испаритель,
элемент вода скважина 150 м скважина 485 м
(компонент) мг/дм3 ммоль/дм3 мг/дм3 ммоль/дм3 мг/дм3 ммоль/дм3
Na+ K+ 200 8,69 8527,6 370,76 12648,9 549,88
Ca 2+ 180 9,0 242,2 12,11 300,6 14,99
Mg 2+ 40 3,3 48,7 4,01 55,9 4,46
Fe 3+ 0,3 0,0169 25,2 1,41 43,3 2,45
NH4+ 0,5 0,027 42,6 2,30 186,06 10,38
Минерализация 1000 18648,3 33911,7
SO4" 500 10,4 429 8,92 309,4 6,44
Cl" 350 9,87 16308 459,89 20206,5 570,0
HCO3" 436 >7,15 402,6 6,60 390,4 6,4
Таблица 3
Цитогенетические последствия в клетках корневой меристемы Triticum sativum после проращивания ее в технической воде
Вариант Кол-во анафаз AXp, %±m Относительные значения типов АХр, %
- = Z Z*n =Z=
Контроль (H2O) 1152 1,74±0,77 40 20 40 - -
Контроль (дистилированная вода) 1092 1,47±0,72 25 - 75 - -
10 H2O (пруд-испаритель, скваж. 150 м) 928 8,62±1,84* - 30 65 - -
5 H2O (пруд-испаритель, скваж. 150 м) 1160 10±1,97 * 13,05 - 86,95 - -
5 H2O (пруд-испаритель, скваж. 485 м) 995 12,56±2,26 ** 14,8 7,4 66,7 7,4 3,7
10 H2O ( пруд-испаритель, скваж. 485 м) 1334 10,91±2,1 * 16,6 4,2 79,2 - -
Анафазные клетки корневой меристемы проростков пшеницы (Triticum sativum)
* - достоверные отличия по сравнению с контролем при уровне значимости p<0,01; ** - достоверные отличия по сравнению с контролем при уровне значимости p<0,001; 10 H2O - 10-кратное разбавление дистиллированной водой; 5 H2O - 5-кратное разбавление дистиллированной водой.
Спонтанный уровень АХр в клетках корневой меристемы Triticum sativum находился в пределах адаптивной нормы и составил 1,4 ± 0,72 %. Пробы извлеченной скважинной воды индуцировали в корневой меристеме пшеницы достоверное повышение уровня АХр. При 5-кратном разведении техническая вода из скважины глубиной 150 и 485 м индуцировала превышение АХр по сравнению с контролем в 5,9 и 7,4 раз. При 10-кратном разведении техническая вода из скважин глубиной 150 и 485 м индуцировала АХр, превышающие контрольные значения в 6,8 и 8,5 раз.
Спектр АХр в контроле и опыте с технической водой существенно отличался. В контроле зарегистрированы одиночные фрагменты и хроматидные мосты (25 и 75 %). При проращивании растений на водопроводной воде спектр АХр по сравнению с контролем на дистиллированной воде существенно не изменился (до 30 % увеличилось количество множественных фрагментов). В эксперименте с технической водой газоконденсатного месторождения глубиной 480 м существенно расширялся спектр АХр, зарегистрированы клетки с множественными и одиночными фраг-
ментами, хромосомными мостами, как одиночными, так и множественными, мосты в совокупности с фрагментами. На долю хромосомных перестроек приходится 48,56 %.
Известно, что различные факторы, отличаясь своими физическими и химическими характеристиками, обладают специфичностью действия и могут вызывать разные первичные повреждения в клетке. Так, двуни-тевые разрывы ДНК считают маркерами радиационного воздействия, тогда как механизм действия многих химических соединений связан с образованием одно-нитевых разрывов ДНК, а алкилирующие соединения индуцируют различные повреждения оснований. Поэтому установление специфических особенностей действия технической воды газоконденсатных месторождений и типы индуцируемых ею аберраций являются важной характеристикой при комплексной эколого-токсикологической оценке [2 - 4].
Таким образом, при характеристике экологической опасности технических вод нефтегазовых месторождений целесообразно проведение комплексного анализа, включающего цитогенетические исследования. Следует учитывать, что в условиях прудов-испарителей имеет место синергетическое действие загрязняющих веществ, эффект которых определяется не только химическим составом различных компонен-
Поступила в редакцию_
тов, но и их соотношением и взаимодействием. Комплексная оценка технических вод объективно демонстрирует их значительную экологическую опасность и доказывает целесообразность проведения дальнейших мониторинговых исследований.
Литература
1. Путов В.Ф. Природоохранные аспекты поиска и оценки нефтегазовых месторождений континентального шельфа дальневосточных морей РФ // Сб. ст. РЭА. 2009. № 2. С. 13 - 20.
2. Макеева Т.И., Никонова Г.Н. Оценка антропогенной нагрузки на территории по показателям стабильности развития растений // Проблемы техногенной безопасности и пути их решения : тез. докл. науч.-практ. конф. 30 - 31 окт. 2002. М., 2002. С. 201 - 207.
3. Мануйлов И.М., Багдасарян А.С. Использование растительных тест-объектов для изучения влияния недифференцированных мутагенов // Образование, здоровье и культура в начале XXI в. : материалы межрег. науч.-практ. конф. Ставрополь, 2004. С. 100 - 102.
4. Спиридонов А.И. Оценка загрязненности растительности как индикатора техногенных нагрузок для целей геоэкологического картографирования территории Белгородской области // Экологическая безопасность и здоровье людей в XXI в. : тез. докл. 6-й Всерос. науч.-практ. конф. 10 -12 окт. 2000. Белгород, 2000. С. 128 - 129.
30 июля 2010 г
