CC BY
37
03.02.08. Экология (по отраслям)
А.А. Околелова
профессор кафедры промышленной экологии и безопасности жизнедеятельности, д.б.н., Волгоградский государственный
технический университет A.A. Okolelova
рrofessor of the Department industrial ecology and life safety, doctor of biological Sciences, Volgograd state technical University
А.С. Мерзлякова
аспирант кафедры промышленной экологии и безопасности
жизнедеятельности, Волгоградский государственный технический университет
A.S. Merzlyakova
postgraduate student of the Department of industrial ecology and life safety,
Volgograd state technical University Н.Г. Кастерина
к.б.н., Волгоградский государственный технический университет
N.G. Kasterina
candidate of biological Sciences, Volgograd state technical University
В.Н. Заикина
аспирант кафедры промышленной экологии и безопасности
жизнедеятельности, Волгоградский государственный технический университет
V.N. Zaikina
postgraduate student of the Department of industrial ecology and life safety,
Volgograd state technical University
ОЦЕНКА ТОКСИЧНОСТИ ПОЧВЕННОГО ПОКРОВА В ЗОНЕ ВЛИЯНИЯ НЕФТЕХИМИЧЕСКИХ ПРЕДПРИЯТИЙ
Аннотация. Рассмотрено содержание нефтепродуктов в почвах, установлена их концентрация, доля подвижных и летучих фракций по их экстракции различными органическими растворителями. Общее содержание нефтепродуктов предложено определять по их экстракции четыреххлористым углеродом (ЧХУ), растворимые - экстракцией н-гексаном, летучие - с помощью автоклавирования. Впервые выявлены различия в инфракрасных спектрах поглощения (ИКС) почв с использованием различных растворителей. В ряду почвенных экстрактов н-гексаном ^ хлороформом^ ЧХУ в ИК-спектрах возрастает содержание ароматических соединений и снижается доля более растворимых предельных углеводородов. Предложено выявлять наличие фенолов антропогенного происхождения, определяемое как разница между их общим содержанием в исследуемой почве и фоновой, условно не затронутой антропогенным прессом. Содержание в почвах 3,4-бензпирена, сероводорода, ртути и свинца не превышает установленных нормативов. Выявлено повсеместное накопление цинка в почвах. С увеличением в почве нефтепродуктов, возрастает фитотоксичность почвы и снижается доля выросших колоний Escherichia тli.
Annotation. Reviewed the content of oil products in soils, their concentration is established, the mobile and volatile fractions for extraction of various organic solvents. The total content of petroleum products proposed to identify by their extraction with carbon tetrachloride, soluble - extraction with n-hexane, volatile - with autoclaving. Revealed the differences in the infrared absorption spectra of the soil using different solvents. In a series of soil extracts with n-hexane ^ chloroform^ carbon tetrachloride in the infrared spectra increases the content of aromatic compounds and reduced the proportion of more soluble saturated hydrocarbons. Asked to identify the presence of phenols of anthropogenic origin, defined as the difference between their total contents in the studied soil and the background, relatively not affected by anthropogenic pressure. The contents in soil of 3,4-benzpyrene, hydrogen sulfide, mercury and lead do not exceed established standards. Revealed widespread accumulation of zinc in soils. With the increase in soil oil increases the phytotoxicity of the soil and reduced the proportion of colonies of Escherichia coli.
Ключевые слова: нефтепродукты, фенолы, бензпирен, тяжелые металлы, почвенный покров, экстрагенты, фракции, колонии Escherichia coli.
Key words: oil products, phenols, benzpyrene, heavy metals, soil cover, ex-
tractants, factions, colonies of Escherichia coli.
Введение
Устойчивое развитие промышленных городов возможно при надежной защите природной среды от негативного воздействия, источниками которого являются нефтехимические предприятия. В результате их деятельности происходит преобразование естественных ландшафтов. В городах с развитой промышленностью и инфраструктурой почвенный покров можно отнести к категории нарушенных земель, техногенным ландшафтам [2, 4]. Почва как многоуровневая система и гетерогенная среда представляет большую сложность для организации оценки ее качества [2, 7, 11-13, 23, 44, 45, 47].
В связи с нарушением и, нередко, химическим загрязнением, происходит постепенная деградация почв, которая становится одной из основных экологических проблем нефтегазового комплекса. Почвенный покров, основной элемент ландшафта, первым принимает на себя «экологический удар».
Объекты и методы. ООО «ЛУКОЙЛ-Волгограднефтепереработка» находится в Красноармейском районе Волгограда. На сегодняшний день он перерабатывает 10,9 млн. тонн нефти. Характерной особенностью предприятия является переработка малосернистой нефти (не более 0,6 %). Исследуемую территорию разделили по зонам следующим образом: рекреация, дачный массив, расположенный в 2 км от предприятия; жилые массивы (1-2 км); санитарно-защитная зона (до 1 км); территория предприятия (промышленная зона); полигоны захоронения твердых и вязких отходов, пруд-накопитель; целина, взятая нами за фон, так как она условно не загрязненная (25 км на север от предприятия). Схема отбора проб почв представлена на рис. 1. Отбор проб и подготовку почв к анализам проводили согласно ГОСТу 17.4.4.02-84. Величину pH водный определяли по ГОСТ 26423-85, содержание гумуса - по И.В. Тюрину в модификации Д. С. Орлова и Л. А. Гришиной, анализ водной вытяжки проводили по ГОСТу 26423-85. Нефтепродукты (НП) анализировали тремя методами: флуориметрическое определение суммарного содержания нефтепродуктов в почве, экстракцией н-гексаном на приборе «Флюорат 02-3М ЛЮМЭКС» [15]; ИК-фотометрическое определение экстракцией четыреххлористым углеродом (ЧХУ) - на приборе АН-2; гравиметрический метод с экстракцией хлороформом [40].
По мнению Ю.С. Другова и А.А. Родина [15] флуориметрический метод измерения
массовой доли нефтепродуктов в почве основан на их экстракции из образца хлороформом, хроматографической очистке экстракта после замены растворителя на гексан и измерении интенсивности флуоресценции очищенного экстракта на приборе типа «Флюорат -02». Содержание углерода в почве определяли по методике ГОСТ Р 51797-2001 путем последовательной экстракции н-гексаном на приборе анализаторе жидкости «Флюорат 02-3М ЛЮМЭКС», в соответствии с ПНД Ф 14.1:2.5-95, РД 52.24.476-95. Диапазон измеряемых концентраций 0,005-20 мг/г. Влияние органических веществ почвы устраняется в процессе пробообработки. Методика не обеспечивает характеристик погрешности, приведенных ниже, при определении легких нефтепродуктов (бензина), а так же индивидуальных соединений, входящих в состав нефтепродуктов. Массовую долю фенолов и сероводорода в почвах - на фотоэлектроколориметре КФК-2. Концентрацию фенолов определяли при Р = 0,95, от 0,5 до 30 А= 51 %. Концентрацию 3,4 бенз(а)пирена - методом высокоэффективной жидкостной хроматографии («Стайер»). Атомно-адсорбционным методом на спектрометре AGILENT АА140 с пламенной атомизацией определяли Pb, Zn, Hg. ИК - спектры снимали на «Specord-M82» в почве, экстрагируемой н-гексаном, хлороформом и ЧХУ. Исследование влияния нефтяного загрязнения почвы на рост микроорганизмов. Пробы почвы просушили, растерли в ступке, просеяли через сито, поместили во флаконы объемом 300 мл и простерилизовали термическим методом в автоклаве MLS-3020U (SANVO, Япония) при 1,5 атм (122о С) в течение 15 мин. 12 г каждой пробы почвы поместили в стерильные чашки Петри и прогревали в сухожаровом шкафу при 170 о С в течении 40
Для выращивания модельной культуры - микроорганизмов Escherichia coli (кишечной палочки) была приготовлена селективная среда Эндо следующего состава: пептон — 1%; лактоза — 1 %; К2НРО4 — 0,35 %; агар-агар — 1,5 %. Среда была разлита по чашкам Петри с пробами почвы [46]. Из суточной агаровой культуры кишечной палочки по стандарту мутности 10 ед. была приготовлена в физиологическом растворе (0,89 % NaCl) бактериальная суспензия с концентрацией биомассы 10 микробных клеток (м.к.) в 1 мл. Приготовленную бактериальную взвесь с целью снижения концентрации бактериальных клеток десятикратно разводили в стерильных условиях до концентрации 104 м.к./мл [51]. В стерильные чашки Петри с пробами почвы и селективной средой Эндо засевали культуру в объеме 0,1 мл. Посевная доза составляла 103 м. к. Чашки инкубировали в термостате при температуре 37 о С в течение 24 часов. Через сутки производили подсчет выросших на пластинках агара колоний Escherichia coli. В качестве контроля использовали культуру кишечной палочки, засеянную в чашки Петри со средой Эндо, не содержащей пробу почвы. Опыты проводили в трехкратной повторности. Пробы почвы стерилизовали термическим методом в автоклаве MLS-3020U (SANVO, Япония) при 1,5 атм (1220 С). Для извлечения высокомолекулярных углеводородов до и после автоклавирования использовали автоматизированной метод ускоренной экстракции в аппарате Сокслета. До и после автоклавирования определяли содержание НП в почвенных образцах на АН-2.
Результаты и их обсуждение
Почвы светло-каштановые, по гранулометрическому составу супесчаные в Красноармейском районе, легкоглинистые на целине. В Классификации почв России их относят к типу каштановых почв, частично - бурых [3]. Исследованные светло-каштановые почвы малогумусны. Доля органического углерода в почвах промышленной зоны составляет 0,34-1,17 %, на целине - 1,74. Почвы карбонатны, рН верхних горизонтов нейтральная, изменяется от 7,15 до 7,45, в профиле - от нейтральной до слабощелочной (8,14). Степень засоления - от незасоленной к слабозасоленной, химизм - хлоридно-сульфатный и суль-фатно-хлоридный [40, 41].
Поллютанты органического происхождения. Нефтепродукты в почвах. Превышение концентрации НП выше допустимого ориентировочного содержания нефти и нефтепродуктов в почве (ДОСНП), равного 1 мг/кг, выявлено повсеместно. Выявлено в почвах исследуемого объекта [39, 40]. Значение НП в почве фона снижается от 2009 к 2012 г. соответственно со 188 до 79 мг/кг - в 2,38 раза. В почвах жилого массива за исследуемый период доля НП уменьшается в 2,65 раза, в почвах СЗЗ - в 1,49 раза, в почвах промышленной зоны - в 3,09, в почвах полигонов - в 2,61. Отчетливо прослеживается снижение НП во всех зонах от 2009 к 2012 гг. (рис. 2). Закономерность накопления НП сохраняется во все годы и нарастает в ряду: дачный массив ^ жилой массив ^ санитарно-защитная зона ^ промышленная зона ^ полигоны.
Фракционирование нефтепродуктов. Нами проведено определение НП в почве санитарно-защитной зоны (СЗЗ) тремя стандартными методами с различными экстраген-тами (табл. 1). При определении НП на «Флюорате» экстрактом служил н-гексан. В первую очередь он извлекает из почвы наиболее растворимые органические соединения. Затем происходит частичное (в виду их устойчивости) хелатов органических коллоидов, органо-минеральных соединений [15, 29]. Для анализа содержания НП гравиметрическим методом используют многократную экстракцию хлороформом. При снятии ИК-спектров, что бы исключить загрязнение снимаемого спектра полосами самих растворителей, предварительно определяли спектры самих растворителей.
Хлороформ по сравнению с гексаном и ЧХУ в результате экстрагирования способен более полно вымывать ациклические и карбоциклические углеводорода придельные и непредельные, в том числе и ароматические соединения (асфальтены, смолы, нафтеновые кислоты - карбоциклические непредельные). Экстракция гексаном и ЧХУ не позволяет экстрагировать карбоциклические соединения [15]. Этим можно объяснить большие значения по сравнению с методом определения НП на «Флюорате», и меньшие - с их анализом на АН-2. Экстракция н-гексаном при определении НП на «Флюорате» показала наименьшие значения из трех методов. Результаты определения на АН-2 в 2-8 раз выше, чем на Флюо-рате и в 1,1-4,3 раза - чем гравиметрическим методом. Анализ НП гравиметрическим методом дает результаты в 1,5-3,7 раза выше, чем на Флюорате. Максимальные концентрации НП в почвах при их определении с помощью ЧХУ (АН-2) могут свидетельствовать о более полном их извлечении. При анализе на Флюарате влияние почвенной органики минимально, в связи с тем, что почвенные коллоиды в процессе пробоподготовки проходя через храмотографическую колонку и там задерживаются.
С некоторой долей условности, мы можем полученные результаты (анализ на АН-2) представить как общее содержание НП в почве, а долю в их составе растворимых фракций - по результатам их определения на «Флюорате», которую можно назвать подвижной фракцией нефтепродуктов (НПп). Подвижные фракции составляют от 12,3 до 51,8 % от общего числа НП. В почвах таких объектов промышленной зоны, как трубопроводы и ре-зервуарные парки топливного блока доля НПп достигает соответственно 93,26 и 91,06 %. Среднее содержание НПп в почве промзоны составляет 67,8 %. Наименьшая доля подвижных НП на территории промзоны в почвах реагентного хозяйства (36,04 %) и резерву-арного парка маслоблока (50,47). Чуть больше половины содержится в составе НП почв у резервуарного парка хранения товарной продукции (57,47), очистных сооружений (59,38
%). Максимальное их накопление в почвенном покрове у трубопроводов (93,26) и резерву-арного парка топливного блока (91,06 %). Высокая доля НПп (больше 50 %) в верхнем слое почвы может служить диагностическим показателем их поступления в почвы. Такие высокие значения НПп могут быть свидетельством постоянного поступления нефтепродуктов на почвенный покров [39, 40].
Автоклавирование при высокой температуре (122 о С), и давлении 1,5 атм практически аналогично крекингу нефти, в результате летучие фракции (НПл) испаряются. Их содержание невелико - от 1,6 до 13,5 % от доли НП, определенных на АН-2. Содержание НП в почвах после автоклавирования снижается (табл. 1).
Химический состав различных типов нефти и нефтепродуктов также влияет на скорость биодеградации. Наибольшая степень биодеструкции наблюдалась у высококачественных нефтей с низким содержанием серы [55-58]. Ученые полагают, что углеводороды нефти по чувствительности к воздействию микроорганизмов располагаются в следующем порядке: н-алканы ^ изоалканы ^ низкомолекулярные ароматические углеводороды ^ циклические алканы [24, 25, 51, 58]. Чем ниже удельная масса нефти или меньше молекулярная масса ее компонентов, тем выше скорость их распространения в окружающей среде. Ароматические соединения, хорошо растворяясь в воде, способны мигрировать на значительные расстояния в горизонтальной плоскости и глубоко распространяться по почвенному профилю [30, 50].
Одними из источников загрязнения сопредельных сред являются процессы испарения поллютантов из почв. Испарение нефтепродуктов из почв протекает при любых температурах, но наиболее интенсивно при 15 0С и выше. В этом процессе различают: испарение со свободной поверхности жидкости (испарение топлива при хранении и транспортировки, из топливного бака); испарение тонких пленок, капель жидкости (топлива) с поверхности деталей, узлов, агрегатов, конструкций инженерных сооружений и дорожных покрытий [26]. По мнению В. Н. Луканина и Ю. В. Трофименко [27] легкие нефтепродукты в большинстве своем разлагаются и испаряются еще с поверхности почвы, быстро смываются водой. Содержание нефтепродуктов в почве в результате снижается на 20-40 %.
Опыт, проведенный нами ранее [21, 22], позволил установить, что степень испарения нефтепродуктов обратно пропорциональна степени сорбции. С увеличением времени экспозиции степень испарения до 4 суток достигает 40-60 %, далее испарение незначительно). Максимальное испарение определено в светло-каштановых песчаных почвах -93,96 %, в глинистых - 63,85 %. При увеличении времени экспозиции в 5 раз (с 2 до 10 суток) степень испарения возрастает для песчаной почвы в 2,2 раза, для глинистой - в 3,5 раза. Поэтому, считаем, что доля «летучих» фракций значительно больше, чем определенная по результатам автоклавирования.
Наличие «нефтепродуктов» на целине, в светло-каштановой почве на 25 км удаленной от города и крупных автомагистралей, можно, определенно, рассматривать как долю органических соединений самой почвы [39]. Это доказывает и тот факт, что их содержание не изменяется при анализе до и после автоклавирования. Можно предположить, что при автоклавировании улетучиваются чужеродные органические соединения, находящиеся в свободном, не связанном состоянии. Почвенные неспецифические и специфические соединения находятся в связанном, закрепленном состоянии и не улетучиваются. Те хе-латные и ароматические соединения, которые при данной температуре автоклавирования не разрушаются, можно отнести к неподвижным, тяжело экстрагируемым.
Фактически определение органических соединений в почве до и после автоклави-рования показывает, что органические соединения, находящиеся в свободном, не закрепленном состоянии ксенобиотической природы могут испаряться при заданной температуре. Тогда истинное содержание нефтепродуктов (НПИСП) в загрязненной почве будет составлять:
НПИСП = НПАНТР - НПП %
где НПАНТР - доля нефтепродуктов в антропогенной, загрязненной почве, их об-
щее содержание, определенное на АН-2; НПП - доля органических соединений в целинной незагрязненной почве, определенная на АН-2.
Доля НПист в гумусовых горизонтах почв СЗЗ изменяется от 98,4 до 299 мг/кг, в иллювиальных - от 29,5 до 42,9 (табл. 1).
Таблица 1. Содержание НП в почвах, полученное различными методами
Объект, Горизонт Флюорат АН-2 Гравиметрический НПп НПл НПист
мг/кг % мг/кг
Целина, А Не опр. 48,0 Не опр. 48,0 Нет 48,0
Целина, В1 Не опр. 21,6 Не опр. 21,6 Нет 21,6
Разрез 1, А1 75,8 146,4 112 51,8 7,0 98,4
Разрез 1, В1 16,0 64,5 59 24,8 13,5 42,9
Разрез 2, А1 42,7 347,0 80 12,3 2,9 299
Разрез 2, В1 23,0 51,1 44 45,0 1,6 29,5
Примечание: НПп - содержание НП на Флюрате, в % от их общего содержания, определенного на приборе АН-2, НПл - доля испарившихся НП при автоклавировании, % от их общего содержания (АН-2). НПист - доля НП, за вычетом их содержания в целинной незагрязненной почве.
Особый интерес представляют результаты автоклавирования незагрязненной целинной почвы. В ней летучие компоненты не определены. Это может явиться диагностическим показателем отсутствия НП в почве. Фракционный состав нефтепродуктов, полученный различными аналитическими методами, приведен в табл. 2., рис. 2.
мг/кг
2009 год
2010 год
2011 год
2012 год
Рис. 2. Динамика изменения концентрации нефтепродуктов в почвах Таблица 2. Доля фенолов антропогенного происхождения, мг/кг_
Годы Жилой массив СЗЗ Промышленная зона Полигоны
2009 0,23 0,57 1,21 2,14
2010 0 0,65 0,87 1,90
2011 0 0,05 0,62 1,57
2012 0 0,07 0,40 0,65
Фенолы в почвах. Доля оксибензолов закономерно снижается в почвах с 2009 по 2012 г. во всех зонах. В 2012 г. по сравнению с фоном их накопление в жилом массиве выше в 1,1 раза, в СЗЗ - в 1,4, в промзоне - в 1,8, в полигонах - в 2,3 раза (рис. 3). Доля оксибензолов закономерно снижается в почвах с 2009 по 2012 г. на всех участках, всех зон. С 2009 по 2012 гг. их доля в почве фона снизилась с 0,73 до 0,5 мг/кг, в почвах жилого массива - с 1,07 до 0,57; СЗЗ - с 1,12 до 0,70; промзоны - с 1,71 до 0,90; полигонов - с 2,64 до 1,15 [41].
Фенолы антропогенного происхождения в почвах. Фенолы - неотъемлемая составляющая органической части почвы [7, 16, 35, 38, 41, 45]. Их содержание в почве фона нами принято как доля фенолов естественного происхождения. Для определения фенолов
антропогенного происхождения (Фант) предлагаем формулу расчета:
^ ^ ^ мг
ФАНТ = ФОБЩ - ФФОН —
кг
где ФФОН, ФОБЩ - соответственно доля фенолов в фоновой (незагрязненной) и
исследуемой загрязненной почвах, мг/кг. Принимаем ФФОН = 0,5 —.
ФОН кг
мг/кг
2009 год
2010 год
2011 год
2012 год
Рис. 3. Содержание фенолов в почвах исследуемых объектов
Во всех объектах за годы наблюдений доля ФАНТ с 2009 к 2012 гг. существенно снижается, в почвах жилого массива соответствует фону (за исключением 2009 г.), СЗЗ - в 3,1 раза, в промышленной зоне - в 3,03 раза, полигонов - в 3,29 (табл. 2).
Содержание 3,4- бензпирен в почвах. Его содержание в сырой нефти составляет СБеизопирена = 2,8 —, в свежем и переработанном двигательном масле соответственно кг
С = 027мг иС = 35 — [28]
Бензопирена > Бензопирена 1- Л'
кг кг
Прочным органическим соединениям свойственны лиофобность, слабая растворимость в воде, низкая фугитивность и длинный (более 10 лет) период полураспада. Загрязнение почв органическими поллютантами является причиной снижения их сорбционной емкости, способности усвоения растениями элементов питания [28, 29].
Предельно допустимая концентрация 3,4-бензпирена в почвах составляет 0,2 мг/кг. В окрестностях полигона и пруда-накопителя концентрация БП превышает ПДК в 71-82 раза. В отдельных объектах промзоны соответствует ПДК (водоблоки, реагентное хозяйство, трубопроводы, установка селективной очистки масел). В остальных - ниже. В почвах фона, жилого массива и СЗЗ превышений практически нет.
Инфракрасные спектры поглощения. При снятии ИК-спектров, что бы исключить загрязнение снимаемого спектра полосами самих растворителей, предварительно снимали спектры самих растворителей и спектры полос растворителя при дешифровке образцов почв не учитывали (табл. 4). Анализ ИК-спектров поглощения почв [6, 34] позволил выявить, что природа растворителя влияет на исследуемые спектры поглощения растворенного соединения следующим образом. Полоса поглощения спиртовых гидроксилов (ОН) смещается с 3400 до 3342 и 3266 см-1 в ряду: н-гексан ^ хлороформ ^ ЧХУ, ее интенсивность уменьшается.
Интенсивность полосы поглощения, соответствующая С-Н (3100 см-1) снижается в исследуемом ряду экстрагентов. Это свидетельствует о преобладании в экстрактах н-гексана более растворимых предельных углеводородов. Деформационным колебаниям С-Н в СН2 соответствует полоса в области 1450-1400 см-1. Ее интенсивность отчетливо снижается в ряду: н-гексан ^ хлороформ ^ ЧХУ. В области 1200 см-1 полоса поглощения С-Н в группах СН2 менее выражена, но ее интенсивность ниже в экстрактах ЧХУ (табл. 3).
Таблица 3. Интенсивность в ИК-спектрах полос поглощения различных экстраген-
тов
Экстрагент vc=o VOH VC-H
Хлороформ 1688 3266 3050
Гексан 1700 3342 3000
ЧХУ 1700 3400 2950
Анализ ИК-спектров поглощения почв с использованием различных экстрагентов показал, что в ряду: н-гексан ^ хлороформ ^ ЧХУ возрастает содержание ароматических соединений и снижается доля более растворимых предельных углеводородов, что подтверждает наше предположение по разделению НП на общее их содержание и подвижную фракцию в зависимости от экстрагента.
Тяжелые металлы (ТМ). Определение тяжелых металлов в почве - необходимый компонент почвенного мониторинга [1, 8, 9, 12, 18, 31-33, 36, 43, 44, 48]. Результаты определения концентрации ТМ в 2012 г. приведены в таблице 4.
Таблица 4. Содержанием ТМ в почвах, мг/кг_
Зона Hg Zn Pb
Дачный массив 0,009 34 17
Жилой массив 0,048 112 23
Санитарно-защитная зона 0,055 304 28
Промышленная зона 0,081 85,1 13,6
Цинк превышает ПДК (55 мг/кг) во всех объектах за исключением фона. Максимальное накопление цинка и свинца - в почвах СЗЗ, концентрация ртути в почвах значительно ниже нормы. В почвенном покрове 11 участков промышленная зоны доля ртути изменяется в интервале от 0,007 до 0,470 мг/кг, свинца - от 6,20 до 16,1, цинка - в диапазоне 42,7-247.
Микробиологические исследования. Почвы содержат огромное количество и разнообразие микроорганизмов. Они являются необходимым звеном в круговороте всех биогенных элементов, участвуют в почвообразовании и поддержании почвенного плодородия [17, 51, 53, 60]. Микроорганизмы - очень чуткие биоиндикаторы, резко реагируют на изменение среды, ее свойств. Широкое распространение получил тест на численность Escherichia coli как показатель санитарного состояния почв, высокой чувствительностью к нефтепродуктам [2, 4, 5].
Штаммы грам-отрицательных палочковидных бактерии семейства Enterobacteria-ceae рода Escherichia (эшерихия) энтеропатогенны. В большинстве своем безвредны. Они могут быть выращены в лабораторных условиях, поэтому играют важную роль в научных исследованиях. Escherichia coli - самые изучаемые прокариотические организмы, важнейший объект в биотических и микробиологических исследованиях, может существовать на разных субстратах.
В целинной почве вдвое больше колоний, чем в исследуемых образцах. Снижение количества выросших колоний с увеличением доли НП в почвах подтверждено и литературными данными, согласно которым с уменьшением токсичности почв резко увеличивается численность бактерий, в основном парафинокисляющих [6, 37, 47, 49, 54, 55]. Вниз по профилю снижается количество нефтепродуктов в почве, но повышается доля выросших бактерий. С увеличением доли НП в почвах с 21,6 до 347 мг/кг (в 15,8 раза) доля выросших колоний Escherichia coli снижается с 210 до 45 % (в 4,6 раза (концентрация НП высока, поэтому палочка гибнет от недостатка кислорода и токсичности НП, к которым они очень чувствительны). По профилю уменьшается количество НП, и повышается доля выросших колоний (табл. 5).
Отмечена зависимость: чем больше нефтепродуктов в почве, тем меньше количество выросших колоний (рис. 4). На целинной незагрязненной почве больше колоний Escherichia coli, чем в исследуемых нефтезагрязненных образцах, а в иллювиальном горизонте -выше, чем на контроле без почвы, соответственно 210 и 150 %.
Таблица 5. Содержание НП и микроорганизмов в почвах
Объект, горизонт Количество выросших колоний, % НП, мг/кг (АН-2)
Контроль (без почвы) 150±-10 -
Целина, А1 135±-10 48,0
Целина, В1 210±+28 22,0
Разрез 1, гор. А1 62±-58 146,4
Разрез 1, гор. В1 76±-77 64,5
Разрез 2, гор. А1 45±-70 347
Разрез 2, гор. В1 82±50 51,1
SP
>s s
X
о ^
о а
X S
Э
и
О ¡^
со
О со I-U
ш т
S ^
о sc
0 50 100 150 200 250
НП, мг/кг
Рис. 4. Зависимость числа колоний от содержания нефтепродуктов в почве Можно сделать предположение, что «нефтепродуктами» в почвах целины являются природные органические соединения. Снижение количества выросших колоний Escherichia соН позволяет предположить, что чем выше токсичность почв (за счет нефтепродуктов), тем меньше численность колоний. Полученные результаты позволяют заключить, что пробы почвы, загрязненные нефтепродуктами (разрез 1 и 2) по сравнению с целиной оказывают наибольшее токсическое действие на модельную культуру Escherichia coli.
Заключение
1. Содержание нефтепродуктов во всех исследованных почвах превышает установленный норматив, цинка - ПДК. За все годы наблюдений сохраняется закономерность увеличения токсикации почв НП и фенолами в ряду: рекреация < жилой массив < СЗЗ < промзона < полигоны. Накопление БП, Pb, Hg не выявлено.
2. В зависимости от методов определения НП в почвах предложено выделять их валовое содержание (АН-2), долю легкорастворимых (НПп, Флюорат) и летучих (НПл, ав-токлавирование) фракций. Доля НПп в почвах СЗЗ изменяется в диапазоне 12,3-51,8 %. Среднее содержание НПп в почве промзоны составляет 67,8 %. Содержание НПл в почвах СЗЗ составляет 1,57-13,54 % от доли НП, определенных на АН-2. Фактически определение органических соединений в почве до и после автоклавирования показывает, что органические соединения, находящиеся в свободном, не закрепленном состоянии могут испаряться при заданной температуре. В незагрязненной целинной почве в качестве «нефтепродуктов» определено содержание органического углерода. Фактически определение органических соединений в почве до и после автоклавирования показывает, что органические соединения, находящиеся в свободном, не закрепленном состоянии, могут испаряться при
заданной температуре.
3. Анализ ИК-спектров поглощения с использованием различных экстрагентов показал, что в ряду н-гексан ^ хлороформ ^ ЧХУ возрастает содержание ароматических соединений (полосы поглощения, соответствующая =С-Н- и -С=С- связей) и снижаются полосы поглощения метильных, метиленовых, карбоксильных и гидроксильных групп.
4. Для оценки загрязнения почв фенолами предложено выделять фенолы естественного и антропогенного происхождения. В почвах всех объектов за годы наблюдений доля Фант с 2009 к 2012 гг. существенно снижается, в почвах жилого массива соответствует фону, СЗЗ - в 3,1 раза, в промзоны - в 3,03 раза, полигонов - в 3,29.
5. С увеличением доли НП в почвах с 21,6 до 347 мг/кг (в 15,8 раза) доля выросших колоний Escherichia coli снижается с 210 до 45 % (в 4,6 раза). Снижение количества выросших колоний Escherichia соН может свидетельствовать о токсикации почв нефтепродуктами.
6. В целинной почве фитотоксичность не выявлена, проросло 97 % семян редиса. Всхожесть семян редиса снижается с 47 до 1% при увеличении доли НП со 146 до 347 мг/кг.
Источники:
1. Алексеенко В.А, Алексеенко А.В. Химические элементы в геохимических системах. Кларки почв селитебных ландшафтов. Р-н-Д. Изд. ЮФУ. 2013. -388 с.
2. Аристовская Т.В. Микробиология процессов почвообразования. Л.: Наука. 1980. -187 с.
3. Бабьева М.А., Зенова Н.К. Биология почв. // М.: МГУ. 1989. -336 с.
4. Безуглова О.С. Диагностика состава и свойств почв. - Ростов-на-Дону: Изд-во ЮФУ. - 2008. -с. 124.
5. Безуглова О.С, Горбов С.Н., Морозов И.В., Невидомская Д.Г. Урбопочвоведение. Ростов-н/-Д. Изд. ЮФУ. 2012. -264 с.
6. Браун Д., Флойд М., Сейнзбери М. Спектроскопия органических веществ / пер. с англ. А. А. Кирюшина. - М.: Изд-во Мир, 1992. - 300 с.
7. Вальков В.Ф., Елисеева Н.Н., Имгрунт И.И., Казеев К.Ш., Колесников С.И. Справочник по оценке почв. Ростов-н/Д. 2004. - 236 с.
8. Водяницкий Ю.Н. Тяжелые и сверхтяжелые металлы и металлоиды в загрязненных почвах. М.: ГНУ Почв. Ин-та им. В.В. Докучаева. 2009. - 182 с.
9. Водяницкий Ю.Н. Нормативы содержания тяжелых металлов и металлоидов в почвах. Почвоведение. 2012. № 3.- С.368-375.
10. Гаврилова И.П., Касимова Н.С. Практикум по геохимии ландшафтов. М.: МГУ. 1989. - 72 с.
11. Дмитриев Е.А. Теоретические и микробиологические проблемы почвоведения. М.: ГЕОС. 2001. - 374 с.
12. Добровольская Т.Г. Структура бактериальных сообществ почв. М.: Академкнига. 2002. -281 с.
13. Добровольский В.В. Биосферные циклы тяжелых металлов и регуляторная роль почвы / В. В. Добровольский // Почвоведение. - 1997. - № 4. - С. 431-441.
14. Добровольский Г. В., Куст Г.С., Чернов И.Ю., Добровольский Т.Г, Лысак Л.В. и др. Почвы в биосфере и жизни человека. - М.: ФГБОУ ВПО МГУЛ. 2012. -584 с.
15. Другое, Ю.С., Родин А.А. Анализ загрязненной почвы и опасных отходов: практическое руководство: 2-е изд., перераб. и доп. - М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2007. - с. 424.
16. 16. Елин Е.С. Фенолы в системах химических загрязнителей почв. Проблемы взаимодействия человека и природной среды. Материалы итоговой научной сессии Ученого совета Института проблем освоения Севера СО РАН. 2000. Вып. 2. Тюмень. С.10-19.
17. Звягинцев Д.Г., Бабьева И.П., Зенова Г.М. Биология почв: учебник.- 3-е изд., испр. и доп.- М.: Изд-во МГУ, 2005. -445 с.
18. Кабата-Пендиас А., ПендиасХ. Микроэлементы в почвах и растениях. - М.: Мир, 1989. - 439 с.
19. Казеев К.Ш., Колесников С.И. Биодиагностика почв. Методологи и методы исследований. Рос-тов-н/Д.: 2012. - 260 с.
20. Калачникова И.Г., Безенкова Е.И., Колесникова Н.М. Исследование трансформации нефтяных углеводородов в почвенной экосистеме, как основа оптимизации антропогенных воздействий на нее // Научные труды Института экологии и генетики микроорганизмов УрО РАН. - Свердловск. - 1999. - с. 99.
21. Кокорина Н.Г., Околелова А.А.. Голованчиков А.Б. Детоксикация нефтезагрязненных почв хито-
заном. Волгоград. ИУНЛ ВолгГТУ. 2012.- 204 с.
22. Кокорина Н.Г., Околелова А.А.. Голованчиков А.Б. Новый способ детоксикации нефтезагряз-ненных почв хитозаном. Почвоведение. 2013. № 12. С. 1516-1522.
23. Колесников, С.И., Казеев К.Ш., Вальков В.Ф. Экологическое состояние и функции почв в условиях химического загрязнения // Ростов-на/Д.: Изд. Эверест. 2006. - с. 385.
24. Колесников С.И., Казеев К.Ш., Вальков В.Ф., Азнаурьян Д.К., Жаркова М.Г. Биодиагностика экологического состояния почв, загрязненных нефтью и нефтепродуктами // Ростов-н/Д.: Изд. Эверест. 2007. - 190 с.
25. Коронелли Т.В. Дермичева С.Г., Коротаева Е.В. Выживаемость углеводородокисляющих бактерий в условиях полного голодания / Микробиология. 1986. - Т. 57. - № 2. - с. 298 - 302.
26. Лабинская А.С. Микробиология с техникой микробиологических исследований. // М: Медицина, 1978. - 391 с.
27. Луканин В. Н, Трофименко Ю.В. Промышленно-транспортная экология. - М.: Высшая школа,
2001. - 273 с.
28. Мажайский Ю. А., Желязко В. И. Экологическое обоснование технологий реабилитации загрязненных земель // Земледелие. - 2003. - № 2. - с. 6-9.
29. Майстренко В.Н., Клюев Н.А. Эколого-аналитический мониторинг стойких органических загрязнений - М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2004. - с. 323. 138.
30. Маркарова М.Ю., Анчугова Е.М., Щемеленина Т.Н., Молчанов А.В. Оценка экологического состояния почв после нефтяного загрязнения и рекультивации // Отражение био-, гео-, антропо-сферных вазимодействий в почвах и почвенном покрове. Матер. IV всерос. науч. конф. с меж-дун. участием (1-5 сентября 2010). Томск.: ТМЛ-Пресс, 2010, Т. 3. - с. 148-150.
31. Минкина Т.М., Мотузова Г.В., Назаренко О.Г., Крыщенко В.С., Манджиева С.С. Формы соединений тяжелых металлов в почвах степной зоны. Почвоведение, 2008. № 5. С. 1-9.
32. Минкина Т.М., Мотузова Г.В., Манджиева С.С., Назаренко О.Г. Групповой состав соединений тяжелых металлов в почвах при аэротехногенном загрязнении III междунар. научн. конф. «Современные проблемы загрязнения почв». М.: 24-28 мая. 2010. - С.126-130.
33. Мотузова, Г.В., Безуглова О.С. Экологический мониторинг почв - М.: Гуадеамус: Академический проспект. - 2007. - с. 238.
34. Накамото К. ИК-спектры и спектры КР неорганических и координационных соединений / под ред. Ю.А. Пентина, пер. с англ. Л. В. Христенко. - М.: Изд-во Мир, 1991. - 563 с.
35. Неверова О.В. Оценка содержания фенола и биологической активности почв в зоне действия выбросов завода ООО «Завод полукоксования». Эл. Ресурс. ecotext.ru/162. Жт1. 3 июня 2010.
36. Нейтрализация загрязненных почв / под ред. Ю. А. Мажайского, - Рязань: 2008. - с. 528.
37. Никифорова Е.М. Почвенно-геохимические условия разложения и миграции нефтепродуктов в ландшафтах СССР. // Вопросы географии. - М., 1983. - т. 120. - с. 130-145.
38. Околелова А.А. Природа и свойства фульвокислот. Почвоведение. 1992. № 1. С. 65-68.
39. Околелова А.А., Желтобрюхов В.Ф. Нефтепродукты в почвах и методы их анализа. Волгоград. ВолгГТУ. 2013.-132 с.
40. Околелова А.А., Желтобрюхов В.Ф., Мерзлякова А.С. Оценка состояния почвенного покрова в зоне влияния нефтехимического предприятий // Проблемы региональной экологии. 2012. № 5. С. 59-61.5.
41. Околелова А.А., Желтобрюхов В.Ф., Мерзлякова А.С. Фенольная токсикация почвенного покрова в зоне деятельности нефтехимических предприятий // Фундаментальные исследования. 2013. № 4 (ч. 2). С. 384-387.
42. Околелова А. А. Фонд почвенно-генетического разнообразия и Красная книга почв Волгоградской области // Почвоведение. - 2006. - № 8. - С. 1012-1018.
43. Околелова А.А., Рахимова Н.А., Желтобрюхов В.Ф. Оценка накопления тяжелых металлов в почвах Волгограда. Волгоград. ВолгГТУ. 2012.-80 с. 44. Орлов Д.С., Садовникова Л.К., Лозановская И.Н. Экология и охрана биосферы при химическом загрязнении - М.: Высш. Шк,
2002. - 334 с.
44. Орлов Д.С., Садовникова Л.К., Суханова Н.И. Химия почв- М.: Изд-во МГУ : Высшая школа, 2005. - 558 с.
45. Перт С. Д. Основы культивирования микроорганизмов и клеток. Мю: Мир, 1978. - 331 с.
46. Пиковский Ю.И., Геннадиев А.Н., Чернянский С.С., Сахаров Г.Н. Проблема диагностики и нормирования загрязнения почв нефтью и нефтепродуктами // Почвоведение. 2003. № 9. -С.1132-1140.
47. Пинский Д. Л., Орешкина В.Н. Тяжелые металлы в окружающей среде // Экспериментальная экология. М.: Наука. 1991. - С. 201-212.
48. Розанова Е.П., Кузнецов С.И. Микрофлора нефтяных месторождений - М.: Изд-во Наука, 1974. - с. 198.
49. Таскаев А. И, Маркарова М.Ю. Биорекультивация на Севере. Основные результаты исследования // Экологические работы на месторождениях нефти Тимано - Печерской провинции. Состояние и перспективы: Матер. III научно.-практ. конф. - Ухта, 2004. - с. 95-99.
50. Теппер Е.З., Шильникова В.К., Переверзева Г.И. Практикум по микробиологии. М.: Колос. -1993. - 175 с.
51. Alas R. M. Microbial degradation of petroleum hydrocarbons: an environmental perspective // Microbiol. Rev., 1981. Vol. 45, № 2. p. 180-209.
52. Diels L., Regniers L. Mergeay Мю Bioaccumulation of heavy metals from polluted soils. Contaminated Soil, 1988, v. 1. - p. 760.
53. Dorf W, Stelof M. Snierung cines kontaminirten bodens Bacterieller abbau von disolf // Forsch. Act-nel. -1989.-v. 6. - № 24 - 26. - P. 33-36.
54. Jobson A., Cook F. D., Westlake D. W. S. Microbial utilization of crude oil // Appl. Microbiol., 1972. -Vol. 23. - P. 1082-1089.
55. Heemsbergen D., Warne M., McLaughin M., Kookana R. The Australian mrthodology to derive ecological investigation levels in contaminated soils. //CSIRO Land and Water Science Report. 2009. V. 43/09.
56. Perry J.J. Microbial co-oxidations involving hydrocarbons // Microbiol. Rev., 1979. - Vol. 43. - № 1. -p. 59 - 72.
57. Sherrill T. W., Sayler G. S. Phenanthere biodegradatic in freshwater environments // Appl. Environm. Microbiol., 1980. - Vol. 39. - № 1. - р. 172-178.
58. Walker J. D., Corwell R. R. Microbial degradation of model petroleum at low temperatures // Microbiol. Ecol., 1974. -Vol 1. - P.63-95.
59. Wood J. M. Biological cycles for toxic elements in the environment // Science. 1974. Vol.183. - P. 1049-1059.
