CC BY
422
УДК: 631.46
P.P. Шагидуллин1, В.З. Латыпова2, Д.В. Иванов1, А.М. Петров1
Р.А. Шагидуллина1, О.Ю. Тарасов1
1 Институт проблем экологии и недропользования АН РТ, Казань 2Казанский (Приволжский) федеральный университет, Казань
zpam2@rambler. ru
НОРМИРОВАНИЕ ДОПУСТИМОГО ОСТАТОЧНОГО СОДЕРЖАНИЯ НЕФТИ И ПРОДУКТОВ ЕЕ ТРАНСФОРМАЦИИ В ПОЧВАХ
Рассматриваются подходы к разработке нормативов допустимого остаточного содержания нефти и продуктов ее трансформации в почвах (ДОСНП). Предложен алгоритм определения ДОСНП, учитывающий суммарную концентрацию нефтепродуктов в почве и ее физико-химические свойства, результаты острого токсикологического тестирования почв на высших растениях и почвенных животных, водных вытяжек из почв на гидробионтах и высших растениях, влияние остаточного содержания углеводородов нефти на состав и биологическую активность микроорганизмов, миграционный водный, миграционный воздушный, транслокационный, общесанитарный показатели вредности, величину фитопродуктивности растений в хронических вегетационных опытах.
Ключевые слова: нефть, нефтепродукты, почвы, нормирование, ДОСНП.
Нормативы допустимого содержания нефти в почве должны разрабатываться для конкретного региона и для конкретного типа почв на основе анализа множества данных о воздействии нефтепродуктов (НП) на различные компоненты экосистем и на здоровье человека. Такие нормативы не установлены в большинстве стран мира, так как зависят от сочетания многих факторов: типа, состава и свойств почв и грунтов, зонально-климатических особенностей, состава НП, вида землепользования и типа растительности.
В настоящее время имеются сведения о стандартах содержания нефтяных углеводородов в почвах США различных категорий (Гармонизация экологических стандартов, 2008): 200 мг/кг для почв детских площадок и сельхозугодий, 2000 мг/кг для почв под временным или постоянным покрытием, 10000 мг/кг для почв лесопарков и зеленых зон города. В странах Западной Европы (Нидерланды, Германия) приняты сигнальные уровни содержания НП в почве, определяющие необходимость проведения тех или иных природоохранных мероприятий: 50 мг/кг (фоновое содержание, характерное для территории страны); 1000 мг/кг (повышенное загрязнение, требует наблюдения за динамикой загрязнения и устранения причины загрязнения); 5000 мг/ кг («грязная» почва, необходимы мероприятия по очистке почвы от НП) (Кураков, Гузев, 2003). При оценке степени загрязнения нефтью и НП почв черноземной зоны Украины руководствуются следующими нормативами: слабое загрязнение - 3000-6000 мг/кг, среднее - 6000-12000 мг/кг, сильное - 12000-25000 мг/кг, очень сильное - более 25000 мг/кг (Технологии восстановления почв..., 2003).
В 1993 году Роскомземом и Минприроды РФ был утвержден «Порядок определения размеров ущерба от загрязнения земель химическими веществами», в котором впервые были приведены уровни загрязнения земель в зависимости от содержания того или иного вещества. Данным документом были установлены нормативы по степени загрязнения почвы нефтью и НП: допустимое содержание - меньше предельно допустимых концентраций (ПДК) (следует учесть, что в Российской Федерации
ПДК для нефти в почве не разработаны), низкий уровень загрязнения - 1-2 г/кг, средний - 2-3 г/кг, высокий - 3-5 г/кг, очень высокий - более 5 г/кг. Последующий опыт проведения рекультивационных работ на нефтезагрязненных территориях показал, что достижение нормативно установленного низкого уровня содержания нефти в почве (1 г/кг) без нанесения дополнительного ущерба окружающей среде практически невозможно.
Отсутствие нормативов допустимого содержания нефти и НП в разных типах почв, в том числе их остаточного содержания после проведения рекультивационных работ на землях различного целевого назначения и видов пользования, затрудняет проектирование и проведение работ по рекультивации, а также подготовку юридически обоснованных материалов о возмещении вреда, причиненного окружающей среде нефтяным загрязнением земель.
В 2002 г. Министерство природных ресурсов РФ утвердило «Временные рекомендации по разработке и введению в действие нормативов допустимого остаточного содержания нефти и продуктов ее трансформации в почвах после проведения рекультивационных и иных восстановительных работ» (далее - Временные рекомендации), в которых впервые было сформулировано понятие допустимого остаточного содержания нефти и продуктов ее трансформации в почвах (ДОСНП).
Допустимое остаточное содержание нефти в почве -определенное по аттестованным в установленном порядке методикам содержание в почве нефти и продуктов ее трансформации после проведения рекультивационных и иных восстановительных работ, при котором:
- исключается возможность поступления нефти и продуктов ее трансформации в сопредельные среды и на сопредельные территории;
- допускается вовлечение земельных участков в хозяйственный оборот по основному целевому назначению с возможными ограничениями режима использования или вводится режим консервации, обеспечивающий достижение санитарно-гигиенических нормативов содержания в почве нефти и продуктов ее трансформации или иных ус-
тановленных в соответствии с действующим законодательством нормативных значений в процессе самовосстановления, т.е. без проведения дополнительных специальных ресурсоемких мероприятий.
Временными рекомендациями организация разработки нормативов ДОСНП и введение их в действие на соответствующих территориях были возложены на органы исполнительной власти субъектов РФ при методическом обеспечении и координации данных работ МПР РФ. На сегодняшний день разработка нормативов сдерживается недостатком нормативно-методической базы, научно обоснованных подходов к определению допустимого (нетоксичного) содержания нефти в почвах, понимания механизмов детоксикации и самовосстановления почвенных биоценозов.
Существует и ряд методологических трудностей, сдерживающих разработку самих нормативно-методических документов, посвященных проблеме ДОСНП (Трофимов, Прохоров, 2006):
- многокомпонентный состав нефти (около 1000 индивидуальных соединений, относящихся к нескольким фракциям, присутствие органических веществ неуглеводородной природы, металлов и пр.);
- разноплановое воздействие различных компонентов нефти (легкие фракции токсичны для организмов, но быстро удаляются; тяжелые - менее токсичны, но долго сохраняются);
- одновременное воздействие на различные почвенные свойства и процессы, растительность и почвенную биоту (влияние на водно-воздушный режим, структуру, поглощение воды растениями, прямое токсичное воздействие на организмы и т.д.);
- «залповый» характер воздействия нефтяного загрязнения;
- разнообразие почв и их свойств, которое необходимо учитывать при разработке нормативов и которое проявляется на различных уровнях (биогеоценоза, ландшафта, природной зоны).
В последние годы выполнен ряд исследований, освещающих отдельные аспекты поведения нефти и НП в почвах: моделирование в системе «почва-загрязнение-доза-время-эффект», экспериментальное определение нефтеемкости, работы по радиальной и латеральной проницаемости почв и грунтов, исследования трансформации внутрипочвенных вод и биодеградации нефтепродуктов в почвах.
Накопленные сведения показывают, что своеобразие поведения нефтяных загрязнителей связано и с особенностями техногенного воздействия, и со спецификой исходных свойств почв.
По современным представлениям, почвы и грунты считаются загрязненными, если концентрации в них НП достигают величин, при которых в природных комплексах возникают негативные экологические сдвиги, с которыми эти комплексы не могут справиться самостоятельно за достаточно длительное время. Пороговое содержание нефти и НП в почве, по данным разных авторов, варьирует от 0,15 до 10 %. Противоречивы и сведения о вымывании НП из почв атмосферными осадками. Многочисленные эмпирические исследования показали значительную вариабельность возможной проницаемости почв для нефти и НП.
Отсутствие общих закономерностей, вероятно, опре-
деляется анализом материалов, разделенных по временному периоду, полученных авторами в различныгх почвенно-климатических областях, на разных типах почв, при использовании нефти и НП различного состава, с применением различающихся по чувствительности методик физико-химического анализа.
Анализ литературы показал, что для оценки эффективности разложения нефти и восстановления плодородия почв можно использовать следующие показатели биологической активности: численность микроорганизмов некоторых физиологических групп, ферментативная активность, интенсивность дыхания почвы, содержание остаточной нефти, продуктивность сельскохозяйственных растений и др. (Киреева, 1997, 1998; Киреева и др., 1999; Ма-жайский, 2003).
На практике для оценки экологического состояния почв чаще всего используют определение численности основных таксономических групп микроорганизмов и их биомассы, а также установление дыхательной активности почв. Надежным индикатором почвенных нарушений могут служить показатели, характеризующие активность почвенных микробоценозов (Ананьева и др., 2002; Благодатская, Ананьева, 1996; Полянская, Звягинцев, 2005; Гузеев, Левин, 1991; Вершинин и др., 2010; Ахметзянова и др., 2010; Hurms, 1997; Insam et all, 1991).
В качестве биологических индикаторов загрязнения почвы нефтью могут быть использованы крупные и мелкие почвенные животные (Артемьева и др., 1988). Многие авторы при оценке токсичности нефтезагрязненных почв используют в качестве тест-объекта высшие растения, в том числе и по параметру фитопродуктивности (Разработка проекта методики ..., 2003; Фарахова и др., 2007, 2008; Леонтьева и др., 2008; Зайнулгабидинов и др., 2010), базирующиеся в том числе на соответствующих нормативных документах (ГОСТ Р ИСО 22033-2009; ФР. 1.39.2006.02264 М-П-2006).
Для оценки состояния загрязненных почв предлагаются различные батареи тест-систем.
Так, С.Ю. Селивановской и В.З. Латыповой (2004) для оценки токсичности многокомпонентных образований, размещаемых в природной среде, разработана тест-система, состоящая из микробного штамма Pseudomonas putida, равноресничной инфузории Paramecium caudatum, ветвистоусых рачков Dapnia magna и высших растений Raphanus sativus.
Для экотоксикологической оценки техногенно загрязненных почв Н.В. Маячкиной и М.И. Чугуновой (2009) предлагается комплекс, включающий три тест-объекта: гидробионты (Daphnia magna), микроорганизмы почвы (почвенное дыхание) и высшие растения (Avena sativa).
Конкретные методы, применяемые при оценке состояния загрязненных почв, разработке нормативов ДОСНП, могут быть весьма разнообразны (Трофимов, Прохоров, 2006). Это и классический агрохимический опыт, и изучение существующих загрязненных участков, и постановка модельных экспериментов, и математическое моделирование. При этом необходимо учитывать состояние растительности, почв (физические и химические свойства) и почвенной биоты (способность к дальнейшему самоочищению, отсутствие патогенных видов почвенных грибов и др.), переход загрязняющих веществ (углеводородов, ме-
таллов) в растения, возможность их миграции в водной и воздушной средах.
Критерии разработки нормативов можно разделить на общие, учитывающие свойства основных типов почв, и частные, отражающие специфику почв земель разного хозяйственного назначения (Яковлев, Никулина, 2009). В зависимости от целевого назначения загрязненных земель важен правильный выбор свойства, которое при расчете норматива являлось бы представительной характеристикой качества почвы как экологического объекта.
Для пахотных почв сельхозугодий лимитирующим фактором должно служить количество загрязнителя, которое может перейти в растения и далее в пищевые продукты, а для сенокосов и пастбищ следует учитывать не только вред, наносимый сельскохозяйственным животным, но и то количество загрязнителя, которое по трофическим цепям может перейти в конечные мясные и молочные продукты (Трофимов, Прохоров, 2006).
Для лесных угодий в качестве критерия установления норматива ДОСНП может выступить сохранность биоценоза, видового разнообразия животного и растительного мира, недопустимость перехода нефти в сопредельные природные, в частности, водные среды (Солнцева, 1981).
При разработке нормативов для болотных угодий должна приниматься во внимание техническая сложность проведения рекультивационных работ, высокая нефтеем-кость органогенных грунтов и их высокая потенциальная микробиологическая активность (Зубайдуллин, 2003).
Для земель под населенными пунктами, промышленных площадок, лимитирующим фактором является воздушно-миграционный показатель, который определяет приоритетность проведения тех или иных рекультиваци-онных работ для минимизации воздействия на население.
Не менее важным для установления норм содержания нефти в почвах является определение уровня загрязнения, при котором исключается перенос загрязняющих веществ в сопредельные водные среды.
В качестве общих (природно-климатических) критериев, определяющих уровень пороговых концентраций НП, может быть использован следующий перечень показателей: содержание основных компонентов нефти в почве, содержание гумуса и доступного азота, кислотность почв, содержание солей в водной вытяжке, емкость катионного обмена, водоудерживающая способность, биологическая активность, состояние растительного покрова (Яковлев, Никулина, 2009).
При нормировании допустимого уровня нефтяного загрязнения в почвах и грунтах необходимо учитывать совокупность физических, химических и биологических процессов, обусловливающих естественное разложение, детоксикацию и утилизацию загрязняющих веществ, определяющих потенциал самоочищения и возможность восстановления естественных свойств почв.
Корректный подход к установлению ДОСНП требует учета фракционного состава содержания нефтяных компонентов в почве, что в настоящее время затруднено, т.к. все аттестованные методики определения нефти в почве (основанные на гравиметрических, спектрометрических и др. методах) рассчитаны на определение ее суммарного количества (Рогозина, 2006).
Таким образом, одним из факторов, сдерживающих
эффективное решение проблем восстановления нарушенных нефтезагрязненных земель РФ, является отсутствие в нормативных и директивных документах реальных критериев экологической оценки уровня загрязнения нефтью и нефтепродуктами почв и грунтов, отсутствие унифицированных подходов к определению нормативов ДОСНП.
Применение при разработке нормативов ДОСНП последовательного скрининга почв, отличающихся уровнем остаточного содержания нефти, с использованием микробиологических, токсикологических, физико-химических и биопродукционных критериев обеспечит высокую достоверность и воспроизводимость полученных в ходе экспериментов результатов.
Определение величины ДОСНП должно основываться на комплексе определенных показателей (с учетом наличия аттестованных методик) и учитываемых при нормировании факторов:
- результатах физико-химического анализа почв;
- результатах токсикологического тестировании почв и водных вытяжек из почв в остром опыте на высших растениях (например, пшенице Triticum vulgare L.)
- результатах токсикологического тестировании водных вытяжек из почв в остром опыте на гидробионтах (например, Paramecium caudatum, Daphia magna или Ceriodaphnia affinis)]
- результатах микробиологических исследований численности основных физиологических групп почвенных микроорганизмов, их активности (почвенное дыхание, ферментативная активность);
- определении фитопродуктивности высших растений в хронических вегетационных опытах;
- определении лимитирующих показателей вредности (миграционного водного, миграционного воздушного, транслокационного, общесанитарного).
Ввиду отсутствия утвержденной методики проведения работ по установлению допустимого остаточного содержания нефти и продуктов ее трансформации в почвах после проведения рекультивационных и иных восстановительных работ, указанная схема может быть использована при проведении исследований по установлению нормативов ДОСНП для различных типов почв с учетом целевого использования земель. Это позволит унифицировать программу проведения лабораторных экспериментов и существенным образом повысить достоверность получаемых результатов.
Литература
Ананьева Н.Д., Благодатская Е.В., Демкина Т.С. Оценка устойчивости микробных комплексов почв к природным и антропогенным воздействиям. Почвоведение. № 5. 2002. 580-587.
Артемьева Т.И., Жеребцов А.К., Борисович Т.М. Влияние загрязнения почвы нефтью и нефтепромысловыми сточными водами на комплекс почвенных животных. Восстановление нефтезагрязненных почвенных экосистем. Сб. научных трудов. М.: Наука. 1988. 82-98.
Ахметзянова Л.Г., Селивановская С.Ю., Латыпова В.З. Лабораторное моделирование рекультивации нефтезагрязненных почв для определения допустимого остаточного содержания нефтепродуктов. Ученые записки Казанского государственного университета. Естественные науки. Т. 152, кн. 4. 2010. 69-76.
Благодатская Е.В., Ананьева Н.Д. Оценка устойчивости микробных сообществ в процессе разложения поллютантов в почве. Почвоведение. №11. 1996. 1341-1346.
Вершинин А.А., Шагидуллин P.P., Игнатьев Ю.А., Петров А.М. Дыхательная активность загрязненной нефтепродуктами дерново-
карбонатной почвы. Журнал экологии и промышленной безопасности. №3. 2010. 8-9.
Временные рекомендации по разработке и введению в действие нормативов допустимого остаточного содержания нефти и продуктов ее трансформации в почвах после проведения рекультивационных и иных восстановительных работ. Утв. приказом МПР РФ от 12.09.2002 г. № 574.
Гармонизация экологических стандартов II - Россия: Промежуточный технический отчет. Блок деятельности 10. Нормативы качества окружающей среды. 10.4.6. Особенности нормирования содержания загрязняющих веществ в почвах в России и за рубежом. Под ред. Д. Хана. СПб. 2008. 258.
ГОСТ Р ИСО 22033-2009. Качество почвы. Биологические методы. Хроническая токсичность в отношении высших растений.
Гузеев В.С., Левин С.В. Перспективы эколого-микробиологи-ческой экспертизы состояния почв при антропогенных воздействиях. Почвоведение. №9. 1991. 50-62.
Зайнулгабидинов Э.Р., Петров А.М., Якимова Т.В. Особенности фитотестирования почв загрязненных нефтепродуктами. Журнал экологии и промышленной безопасности. №3. 2010. 24-25.
Зубайдуллин А.А. Рекультивация нефтезагрязненных земель в Среднем Приобье: недостатки и основные причины низкой эффективности. Биологические ресурсы и природопользование. Сб. научных трудов. Сургут: Дефис. 2003. Вып. 2. 129-139.
Киреева Н.А. Биохимическая индикация почв, загрязненных нефтью и нефтепродуктами. Защита окружающей среды в нефтегазовом комплексе. №3. 1998. 11-14.
Киреева Н.А. Микробиологическая индикация нефтезагрязненных почв. Защита окружающей среды в нефтегазовом комплексе. №6. 1997. 11-13.
Киреева Н.А., Галимзянова Н.Ф., Мифтахова A.M. Изучение фитотоксичности техногенно-загрязненных почв. Вестник Башкирского университета. №2. 1999. 47-51.
Кураков А.В., Гузев B.C. Нефтезагрязненные почвы: модификация свойств, мониторинг и биотехнологии рекультивации. Нефтяные загрязнения: контроль и реабилитация экосистем. М.: Изд-во ФИАН. 2003. 194.
Леонтьева И.В., Ахметзянова Л.Г., Валеева Г.Р. Информативные показатели фитотоксичности серой лесной почвы в условиях загрязнения нефтью. Ученые записки Казанского государственного университета. Естественные науки. Т. 150, кн. 4. 2008. 214-218.
Мажайский Ю.А. Экологический риск и мониторинг почв, загрязненных нефтеуглеводородами. Влияние природных и антропогенных факторов на социоэкосистемы. № 2. 2003. 294-304.
Маячкина, Н.В., Чугунова М.И. Особенности биотестирования почв с целью их экотоксикологической оценки. Вестник Нижегородского университета. №1. 2009. 84-93.
Полянская Л.М., Звягинцев Д.Г. Содержание и структура микробной биомассы как показатель экологического состояния почв. Почвоведение. №6. 2005. 706-714.
Разработка проекта методики по разработке и оценке региональных нормативов допустимого остаточного содержания нефти в почвах: Отчёт о НИР. ФГУ УралНИИ «Экология». Рук. М.В.Зильберман. Пермь. 2003.
Селивановская С.Ю., Латыпова В.З. Создание тест-системы для оценки токсичности многокомпонентных образований. Экология. №1. 2004. 21-25.
Солнцева Н.П. Устойчивость техногенной трансформации лесных почв при нефтедобыче. Вестник МГУ. Сер. География. №3. 1981. 50-58.
Технологии восстановления почв, загрязненных нефтью и нефтепродуктами. Справочник. М.: РЭФИА, НИА-Природа. 2003.
Трофимов С.Я., Прохоров А.Н. Разработка нормативов допустимого остаточного содержания нефти в почвах. Экология производства. №10. 2006. 30-37.
Фарахова И.З., Гилязов М.Ю., Уткузова А.М. Влияние товарной нефти на некоторые агрофизические свойства серой лесной почвы и урожайность сельскохозяйственных культур. Современные проблемы отрасли растениеводства и их практические решения. Матер. научно-практ. конф. Мичуринск: Изд-во Мич-ГАУ. 2007. 160-165.
ФР. 1.39.2006.02264 М-П-2006. Методика выполнения измерений всхожести семян и длины корней проростков высших растений для определения токсичности техногенно загрязненных почв. СПб., 2009. 22.
Яковлев А.С., Никулина Ю.Г. Принципы определения допустимого остаточного содержания нефти в почвах территорий разно-
го хозяйственного использования. Охрана окружающей среды и промышленная безопасность на объектах нефтегазового комплекса. Тез. 29 ежегодной традиционной конференции. Шепси, 2009. 45-47.
Hurms H. The use of laboratory model systems to elusidate the mechanisms of bioavailability of hydrophobic organic compaunds. The 4-th International in situ and on site bioremediation symposium. New Orleans, 1997. 121-133.
Insam H., Mitchell C.C., Dormaar J.F. Relationship of soil microbial biomass and activity with fertilization practice and crop yield of three ultisols. Soil Biol. Biochem. V.23. №5. 1991. 459-464.
R. Shagidullin, V. Latypova, D. Ivanov, A. Petrov, R. Shagidullina, O. Tarasov. The rationing of allowable residue of petroleum and its transformation products in soils.
The approaches to the design of standards of allowable residue of oil and its transformation products in soil are considered. The algorithm of determination of allowable residue is proposed that takes into account: the total concentration of mineral oil in soil and its physical and chemical properties; results of acute toxicological testing of soil on higher plants and the soil animals, soil water extracts on gidrobionts and higher plants; determination of residue petroleum hydrocarbons on the structure and biological activity of microorganisms; migratory water, migratory air, translocational and overall sanitary performance factors; the phytoproductivity of plants in chronic pot experiments.
Keywords: oil, oil products, soil, rationing, allowable residue of oil and its transformation products in soil.
Венера Зиннатовна Латыпова д.хим.н., профессор,заведующий кафедрой прикладной экологии КФУ, член-корреспондент АН РТ.
Казанский (Приволжский) федеральный унивеситет 420008, Казань, ул. Кремлевская, 18. Тел.: (843) 233-75-10.
Дмитрий Владимирович Иванов к.биол.н., заместитель директора по научной работе. Научные интересы: донные отложения озер и водохранилищ, геохимия аквальных ландшафтов, биогеохимия металлов в наземных и водных экосистемах, экология почв, загрязнение почв.
Андрей Михайлович Петров к.биол.н., заведующий лабораторией экологических биотехнологий. Научные интересы: вопросы биологической очистки сточных вод, водная, почвенная токсикология, биотехнологии рекультивации почв, переработки шла-мов и других промышленных отходов.
Институт проблем экологии и недропользования АН РТ 420087, Казань, ул. Даурская, 28. Тел.: (843) 298-19-30.
Раиса Абдулловна Шагидуллина к.хим.н., начальник Управления государственной экологической экспертизы и нормирования воздействия на окружающую среду Министерства экологии и природных ресурсов РТ. Научные интересы: экологическое нормирование, химия окружающей среды
420049, Казань, ул. Павлюхина, д. 75.
Тел. (843) 267-68-90.
