Экологические подходы к биорекультивации нефтезагрязненных грунтов и водоемов в условиях Сибири Текст научной статьи по специальности «Экологические биотехнологии»

УДК 631.474+631.452

ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ПОДХОДЫ К БИОРЕКУЛЬТИВАЦИИ НЕФТЕЗАГРЯЗНЕННЫХ ГРУНТОВ И ВОДОЕМОВ В УСЛОВИЯХ СИБИРИ

Елена Константиновна Емельянова

ГБОУ ВПО «Новосибирский государственный медицинский университет», 630091, Россия, г. Новосибирск, Красный проспект, 52, кандидат биологических наук, доцент кафедры гигиены и экологии; Государственный научный центр вирусологии и биотехнологии «Вектор», 630559, Россия, Новосибирская область, р. п. Кольцово, старший научный сотрудник отдела биофизики и экологических исследований, тел. (383)226-19-25, e-mail: [email protected]

Александр Юрьевич Алексеев

ФГБНУ «Научно-исследовательский институт экспериментальной и клинической медицины», 630117, Россия, г. Новосибирск, ул. Тимакова, 2, кандидат биологических наук, старший научный сотрудник лаборатории экспериментального моделирования и патогенеза инфекционных заболеваний, тел. (383)335-94-05, e-mail: [email protected]

Александр Михайлович Шестопалов

ФГБНУ «Научно-исследовательский институт экспериментальной и клинической медицины», 630117, Россия, г. Новосибирск, ул. Тимакова, 2, доктор биологических наук, профессор, зав. лабораторией экспериментального моделирования и патогенеза инфекционных заболеваний, тел. (383)335-94-05, e-mail: [email protected]

Владимир Аркадьевич Забелин

ЗАО «Биоойл», 630559, Россия, Новосибирская область, р. п. Кольцово, 12, кандидат технических наук, генеральный директор, тел. (383)381-45-13, e-mail: [email protected]

Разработана комплексная технология очистки нефтезагрязненных грунтов и водоемов для условий севера Западной Сибири, включающая в себя экологически безопасные подходы с применением микроорганизмов-деструкторов и фиторекультивационными мероприятиями.

Ключевые слова: нефть, микроорганизмы-деструкторы, биорекультивация, биоремеди-

ация.

ECOLOGY-BASED APPROACHES TO BIO-REMEDIATION OF OIL-CONTAMINATED SOIL AND WATER IN SIBERIA

Elena K. Emelyanova

Novosibirsk State Medical University, 630091, Russia, Novosibirsk, 52 Krasny prospect, Ph. D. Biology, Assistant Professor, Hygieology and Ecology Department; State Research Center of Virology and Biotechnology VECTOR, 630559, Russia, Novosibirsk Region, Koltsovo, Senior Researcher, Biophysics and Ecological Research Department, tel. (383)226-19-25, e-mail: [email protected]

Alexander Yu. Alekseev

Research Institute of Experimental and Clinical Medicine, 630117, Russia, Novosibirsk, 2 Timakova St., Ph. D., Biology, Senior Researcher, Laboratory for Experimental Modeling and Virulent Disease Process, tel. (383)335-94-05, e-mail: [email protected]

Alexander M. Shestopalov

Research Institute of Experimental and Clinical Medicine, 630117, Russia, Novosibirsk, 2 Timakova St., Dr Biology, Prof, Head of Laboratory for Experimental Modeling and Virulent Disease Process, tel. (383)335-94-05, e-mail: [email protected]

Vladimir A. Zabelin

Biooil LLC, 630559, Russia, Novosibirsk Region, 12 Koltsovo, General Director, Ph. D. Eng, tel. (383)381-45-13, e-mail: [email protected]

The developed integrated technology for purification of oil-contaminated soil and water bodies in the north of the West Siberia includes ecologically safe approaches using microorganisms-decomposers and phytorehabilitation.

Key words: oil, microorganisms-decomposers, bio-rehabilitation, bio-remediation.

Негативное воздействие на окружающую среду производится как на территориях освоения месторождений нефти, так и в пределах промысловых и магистральных трубопроводов, объектах хранения, переработки и реализации нефтепродуктов, где происходят аварии, приводящие к загрязнению почвы и водоемов. Особенно остро проблема загрязнения нефтью стоит на севере Западной Сибири, где добывается 70% нефти. На данный момент существуют несколько экологически приемлемых способов избавления от нефтеразливов, включающих применение нефтесборочного оборудования, сорбентов, биопрепаратов, в отличие от разрушающих экосистемы методов землевания песком, взрывов, выжигания. К сожалению, для достижения быстрого видимого эффекта некоторые рекультивационные работы включают в себя засыпку нефтеза-грязненной территории песком или торфом, что способствует погружению нефти в нижележащие анаэробные слои залежи и ее консервации на долгие годы. Взрывание и выжигание приводит к полной деградации экосистемы, нарушая многолетнемерзлые породы.

Биорекультивационные работы проводили в Пуровском и Надымском районах ЯНАО, Сургутском районе ХМАО, где разливы нефти расположены на труднодоступных верховых олиготрофных болотах и в пойменных участках рек. Обследования участков с забором проб с целью хроматографического анализа показали содержание нефтепродуктов до 80,73%.

В настоящее время широкое распространение получают биорекультиваци-онные мероприятия с мягкими щадящими технологиями, не разрушающими активный биопродуцирующий торфогенный слой, исключающие применение тяжелой техники и глубокое фрезерование [1]. Разработанная авторами комплексная технология, обеспечивающая эффективную биодеструкцию нефти в течение короткого времени в условиях Сибирского Севера, включала применение бактериального препарата и растений-фиторемедиантов. В состав бактериального препарата входили непатогенные штаммы бактерий-деструкторов нефти, адаптированные к пониженным температурам, выделенные из загрязненных грунтов и вод Западной Сибири, являющиеся компонентами эндогенной микробиоты в местах нефтеразлива. Для интенсификации абиотического

и биотического окисления нефти проводили рыхление верхних горизонтов почвы и торфа мотокультватором, способствующее улучшению аэрации и разрушению смолисто-асфальтеновой корки.

В местах, подлежащих биоремедиации, преобладающими являлись экосистемы вейниковых и осоковых лугов, кустарничковых тундр в устьях крупных рек, кустарничково-сфанговые, кустарничково-осоково-моховые, осоково-пушицево-сфанговые болота, сосново-кустарничково-сфагновые олиготрофные рямы.

Пионерами зарастания нарушенных территорий в местах с уничтоженной аборигенной растительностью являются, наряду с крестовником скученным, трехреберником Хукера, звездчаткой толстолистной, и злаки [2], поэтому в качестве растения для фиторекультивации был выбран песчаный овес. Несмотря на то, что овес не является типичным обитателем олиготрофных болот Сибирских увалов, его корневая система способствует образованию почвенных пор, благодаря которым происходит аэрация. Корни овса также способствуют развитию ризосферной микробиоты, выделяют активные ферменты, активизирующие рост микроорганизмов и разрушение компонентов нефти. Кроме того, овес относится к видам, устойчивым к нефтяному загрязнению. Обильная наземная биомасса растений задерживает почвенные частицы, содержащие гумус, семена других растений, прорастают в следующем сезоне на подготовленном овсом грунте. В последующем из очага начального зарастания, формируемого овсом, в месте полной деградации растительного компонента экосистемы из-за нефтеразлива, начинается постепенное формирование и восстановление типичных фитоценозов болотных экосистем с их представителями (осоки, пушицы, хвощи и др.), и, к тому же, живой напочвенный покров способствует защите от водной и ветровой эрозии.

В результате разлива нефти происходит уменьшение запасов почвенного азота из-за интенсивного роста микроорганизмов, способствующих разложению нефти, как следствие, недостаток азота становится лимитирующим фактором для биодеструкции загрязнителя. Поскольку содержание азота в торфе, почве и насыпных песчаных грунтах северных экосистем итак изначально невелико, то оправданным является искусственное внесение небольшого количества азотсодержащих удобрений, что поддерживает аборигенные и внесенные микроорганизмы-деструкторы и растения, высаженные для фиторемедиации.

Этапы работ по предложенной методике рекультивации с целью снижения содержания нефти до экологически приемлемого уровня включали в себя двухкратную обработку водной поверхности и болот биопрепаратом (лиофильно высушенными клетками микроорганизмов) в количестве 10 г/га и минеральными удобрениями, посев в начале вегетационного сезона на необводненных участках семян овса для улучшения агрофизических свойств грунта. Всего на территории севера Сибири было очищено более 500 га. Из-за неблагоприятного температурного фактора и короткого репродуктивного периода биодеструкторов и фиторемедиантов некоторые сильно загрязненные нефтью участки (со-

держание нефтепродуктов более 70%) подлежали обработке в последующие 2-3 сезона.

Таким образом, предложенная технология является экологически приемлемой, не оказывает отрицательного влияния на эволюционно сложившиеся болотные экосистемы, не разрушает продуктивный торфогенный слой, повышает деструкционный потенциал за счет штаммов-утилизаторов нефти, выделенных непосредственно в нефтезагрязненных экосистемах Сибири (т.е. не являющихся чужеродными). В процессе биоремедиации происходит повышение биогенности грунта за счет внесенных удобрений и микроорганизмов, что способствует в дальнейшем активизации природных резервов экосистемы - увеличению численности аборигенной нефтеутилизирующей микробиоты и росту растений.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Лопатин К.И., Толстограй В.И., Женихов Ю.Н. и др. Альтернативная технология рекультивации нефтезагрязненных торфяных болот. / Вестник Нижневартовского гос. ун-та. -2009. - № 1, С. 58-61.

2. Московченко Д.В. Нефтегазодобыча и окружающая среда: эколого-геохимический анализ Тюменской области. - Новосибирск: Наука. - 1998.

© Е. К. Емельянова, А. Ю. Алексеев, А. М. Шестопалов, В. А. Забелин, 2015