CC BY
132УДК 630*114.68
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ МИКРООРГАНИЗМОВ В РЕКУЛЬТИВАЦИИ ЗЕМЕЛЬ, ЗАГРЯЗНЕННЫХ НЕФТЕПРОДУКТАМИ
Р.Р. Бадаев, канд. биол. наук,
Московский финансово-юридический университет МФЮА E-mail: vidagon@mail.ru
Аннотация. В статье представлены особенности токсичного воздействия нефтяных разливов на биоценозы почв и их биовосстановление, основанное на стимуляции окисления углеводородов естественной микрофлорой и внесения биопрепаратов на основе специальных микроорганизмов-деструкторов.
Ключевые слова: рекультивация земель, разлив нефти, очистка почвы, микробные препараты, окисление углеводородов, загрязнение почвы, биовосстановление.
Abstract. The article presents the features of the toxic effects of oil spills on soil biocenosis and bioremediation based on the stimulation of the oxidation of hydrocarbons and natural microflora on making biological taxa special destructor microorganisms.
Keywords: land recultivation, oil spill, clean up the soil, microbial agents, oxidation of hydrocarbons, soil pollution, bioremediation.
Почвенный и растительный покров на нашей планете сокращается быстрыми темпами. Ежегодно площадь пустынь возрастает на миллион квадратных километров, а пустыни распространяются со скоростью до 60 км в год. По данным ООН, в мире только при строительстве городов и дорог ежегодно безвозвратно теряется более 300 тыс. га пахотных земель. Использумая в агрономии глубокая вспашка и перекопка земли подавляет активность микроорганизмов и почвенной фауны, разрушает структуру почвы, приводит к гибели аэробных микроорганизмов, обитающих в верхних слоях почвы, и анаэробов, обитающих в нижних слоях. Анаэробы являются основными поставщиками для растений таких
биогенов, как калий, азот, фосфор, что и обуславливает их бурный рост и увеличение урожайности.
Глубокая вспашка разрушает микроструктуру поверхностных слоев почвы и микроканалы, по которым в эти слои проникают влага и кислород. В результате почва высыхает и покрывается влаго- и воздухонепроницаемой коркой.
Другая причина нарушения почвенного покрова - это широкое применение различных химических средств: удобрений и пестицидов.
Одной из главных проблем современности является загрязнение почвы и, как следствие, выведение земель из сельскохозяйственного оборота. Наиболее актуальна данная проблема в нефтедобывающих странах. Для добычи нефти создается целая система сооружений, связанных различными видами коммуникаций, в том числе и трубопроводами. Часто нефтепромысловые коммуникации проходят через земельные угодья, в том числе сельскохозяйственного назначения. Россия относится к мировым лидерам по добыче и экспорту углеводородного сырья. По различным оценкам экспертов, мировые потери нефти при добыче и транспортировке составляют 3-7 % от общего объема добываемой нефти. Поступление нефти в окружающую среду происходит при утечке из поврежденных трубопроводов, при фонтанировании из разбуренных и эксплуатационных скважин. Высокая степень загрязнения приводит к отчуждению земельных угодий из сельскохозяйственного оборота, которые становятся практически непригодными для земледелия, нарушается экологическое равновесие природных ландшафтов, замедляется развитие, а при высоких концентрациях наблюдается и гибель живых организмов почвы [1, с. 69].
При загрязнении почвы нефтью верхний гумусовый слой не удаляется, существенно не разрушается рельеф местности и не происходит засыпка поверхности грунтом, но почва, пропитанная нефтью, становится токсичной и на многие годы теряет свое главное свойство - плодородие.
Утрата плодородия связана как с непосредственным гербицид-ным влиянием фракций нефти, так и с ухудшением агрохимических, физико-химических, агрофизических и биологических свойств почвы вследствие гидрофобности пропитанных нефтепродуктами почв. Подавляется развитие микрофлоры, что приводит к нарушению процесса почвообразования. В результате этого на большинстве загрязненных
участков в зависимости от уровня загрязнения урожай сельскохозяйственных культур резко снижается или вовсе отсутствует.
Токсичное воздействие нефтяных разливов на биоценоз почв и скорость разложения нефти зависит от химического состава нефти, от агрохимических свойств почвы, ее биологической активности, от климатических условий конкретной местности. Поэтому при планировании мер по восстановлению загрязненных территорий необходимо учитывать специфику географических условий, строение природных экосистем, характер техногенного воздействия и многое другое [5].
Постановлением Правительства Российской Федерации от 23 февраля 1994 года № 140 «О рекультивации земель, снятии, сохранении и рациональном использовании плодородного слоя почвы» определены общие для Российской Федерации требования при проведении работ, связанных с нарушением почвенного покрова и рекультивацией земель. Они являются обязательными для использования всеми юридическими, должностными и физическими лицами, в том числе иностранными юридическими и физическими лицами.
Рекультивация нарушенных земель осуществляется для восстановления их для сельскохозяйственных, лесохозяйственных, водохозяйственных, строительных, рекреационных, природоохранных и санитарно-оздоровительных целей.
Загрязнение почвы нефтяными продуктами в большинстве случаев является намного более сложным, чем загрязнения на воде, т. к. нефть впитывается в почву и значительно осложняет ее сбор и дальнейшую утилизацию. Очистка почвы от нефти является обязательной процедурой, в случае разлива нефтепродуктов, поскольку загрязненная почва надолго остается безжизненной, а естественная рекультивация земель загрязненных нефтью может растянуться на десятилетия.
Комплекс рекультивационных работ представляет собой сложную многокомпонентную систему взаимосвязанных мероприятий, состоящих из подготовительного, технического и биологического этапов.
Наиболее важным и сложным является биологический этап, т. к.его задачами являются возобновление процесса почвообразования, повышение самоочищающей способности почвы и воспроизводство биоценозов. Биологическим этапом заканчивается формирование культурного ландшафта на нарушенных землях.
При значительных площадях загрязнения земель и водоемов наиболее приемлемым методом очистки земель и вод является повсеместно
применяемый в мировой и отечественной практике метод, использующий микробиологическое разложение нефти на месте разлива с последующим самозарастанием очищенных земель или высевом многолетних трав.
Этот метод экономичен и достаточно прост в реализации и заключается в проведении на загрязненных землях ряда агротехнических мероприятий, направленных на активизацию почвенных нефтеокисляющих микроорганизмов, обладающих способностью использовать в качестве единственного источника питания углеводороды нефти, в конечном счете, разлагая их до углекислого газа и воды.
С помощью агротехнических приемов можно ускорить процесс самоочищения загрязненных нефтью почв путем создания оптимальных условий для проявления потенциальной катаболитической активности углеводородокисляющих микроорганизмов, входящих в состав естественного микробиоценоза.
Одним из основных факторов, лимитирующих процесс разложения углеводородов, является газовоздушный режим загрязненной почвы. Для окисления углеводородов микроорганизмами необходимо наличие молекулярного кислорода.
Рыхление загрязненных почв увеличивает диффузию кислорода, снижает концентрацию углеводородов в почве, обеспечивает разрыв поверхностных пор, насыщенных нефтью, но в то же время способствует равномерному распределению компонентов нефти и нефтепродуктов в почве и увеличению активной поверхности взаимодействия. При этом создается оптимальный водный, газовоздушный и тепловой режим, растет численность микроорганизмов, их активность, усиливается активность почвенных ферментов, увеличивается энергия биохимических процессов [3].
В результате окислительной деятельности естественной микрофлоры за 2 месяца разлагается до 22,1% углеводородов. При создании необходимых условий, аэрации за счет регулярного (1 раз в 10 суток) рыхления почвы процент разложения нефти возрастает до 28,9 %, при регулярном рыхлении и обогащении почвы биогенными элементами деструкции подвергается 30,8% углеводородов нефти. После внесения дополнительной биомассы необходимых микроорганизмов в нефтеза-грязненную почву и проведения агротехнических мероприятий степень очистки может достигать 96,5% [2, с. 149-150].
Первичное окисление нефти до органических кислот, спиртов, ке-тонов и альдегидов обеспечивается именно углеводоро-докисляющими
микроорганизмами. На последующих этапах разрушения продуктов первичного окисления нефти в процесс вовлекаются и другие физиологические группы почвенных микроорганизмов, простейшие и водоросли, обычно обитающие в почве и водоемах.
Биовосстановление нефтезагрязненных почв основано на стимуляции природных процессов деградации, происходящих в самой почве. Интенсификацию естественного процесса биовосстановления можно осуществлять двумя основными способами: внесением промышленных биопрепаратов на основе специальных микроорганизмов-деструкторов и использованием активной аборигенной углеводородокисляющей микрофлоры.
В настоящее время в Российской Федерации разработано более 40 биопрепаратов на основе углеводородокисляющих бактерий, актино-мицетов и микроскопических грибов. Наиболее перспективными являются препараты, которые эффективны при уровне загрязнения от 5,0% и выше (до 20,0%). К таким препаратам относятся Дизойл, Деворойл, Родер, Нафтокс, Дестройл, Ленойл, Руден, Путидойл, Экоил, Микро-зим, Петротрит и др. [4, с. 95].
Применение каждого биопрепарата, имеющего в своем составе активные формы микроорганизмов, требует создания оригинальной технологии и строгого ее выполнения в процессе использования препарата, причем для каждой почвенно-климатической зоны данная технология должна корректироваться.
В связи с этим более надежной является рекультивация нефтеза-грязненных земель с использованием ассоциаций эффективных аборигенных микроорганизмов-деструкторов.
ЛИТЕРАТУРА
1. Войно Л.И. Биодеградация нефтезагрязнений почв и акваторий // Фундаментальные исследования: материалы конф. 2006. № 5.
2. Бишимбаев В.К. Микробиологическая рекультивация нефтезагрязненных почв Южного Казахстана // Материалы II Всероссийской научной конференции с международным участием «Научное творчество XXI века» (март, 2010 г.).
3. Калюжин В.А. Очистка воды и почвы от нефти и нефтепродуктов с помощью культуры микробов-деструкторов / [Электронный ресурс] URL: http://www.priborservice.ru/ecology031.html.
4. Рафикова Г.Ф. Экология и деструкционная активность микроорганизмов, окисляющих углеводороды нефти // Актуальные аспекты современной микробиологии: тез. III Междунар. молодежной школы-конференции. - М., 2007.
5. Яппаров А.Х. Комплексный подход к рекультивации нефтезагряз-ненных почв // Современные проблемы науки и образования. №1. 2012. [Электронный ресурс] URL: http://www.science-education.ru/101-5537.
