CC BY
0УДК 543.5:631.412(571.56-17) DOI 10.24412/cl-37255-2024-1-144-147
ОЦЕНКА УГЛЕВОДОРОДНОГО СОСТОЯНИЯ ПОЧВ ВЕРХОЯНСКОГО РАЙОНА
РЕСПУБЛИКИ САХА (ЯКУТИЯ)
Львова О.С., Глязнецова Ю.С., Попова Н.И.
Федеральный исследовательский центр «Якутский научный центр Сибирского отделения Российской академии наук», обособленное подразделение Институт проблем нефти и газа СО РАН, г. Якутск E-mail: olyalvova96@yandex.ru
Аннотация. В работе представлены результаты исследований углеводородного состава почв, отобранных в научной экспедиции в Верхоянском районе Республики Саха (Якутия). По ряду геохимических параметров были выявлены особенности состава и химической структуры хлороформенных экстрактов почв. Установлено, что несмотря на существенные различия в содержании органических веществ в фоновых почвах, по структурно-групповому составу они однотипны. Присутствие кислородсодержащих соединений в ИК-спектрах почв с территории нефтебазы свидетельствует о биохимическом окислении нефтяных углеводородов и давнем сроке загрязнения. Показана информативность методов ИК-Фурье и хромато-масс-спектрометрии для идентификации углеводородов и установления источника их происхождения.
Ключевые слова: углеводороды, почва, нефтезагрязнение, экстракция, ИК-Фурье спектрометрия, хромато-масс-спектрометрия.
Промышленное освоение северных территорий в советский период привело к тому, что территории многих северных районов Якутии до сих пор остаются под воздействием скопления отработанных топлив и бочек от горюче-смазочных материалов, оказывающих длительное негативное воздействие на окружающую среду. Такие территории относятся к объектам накопленного экологического ущерба [1]. На северных территориях, где период положительных температур очень короткий, процессы самоочищения почв от техногенных углеводородов (УВ) протекают крайне медленно. В связи с этим существует необходимость изучения особенностей состава, химической структуры и процессов деградации УВ, которые станут основой при разработке методологии экологического мониторинга и рекультивации нарушенных земель окружающей среды Крайнего Севера [2].
Важной характеристикой для экологической оценки окружающей среды является углеводородное состояние почв, которое отражает состав и свойства природных и техногенных факторов, воздействующих на почву. Сложность оценки углеводородного состояния почв заключается в том, что объектом исследования является почва, которая представляет собой постоянно изменяющуюся систему, находящуюся в разнообразных природных условиях [3].
Целью работы являлась оценка углеводородного состояния почв в окрестностях пос. Бата-гай Верхоянского района Республики Саха (Якутия), расположенного в субарктической зоне. На территории распространены термокарстовые и криогенные формы рельефа [4]. Тип почв - мерзлотные подбуры, мерзлотные на древнем аллювии и антропогенно-преобразованные.
Материалом для исследований послужили пробы фоновых почв (5 проб), отобранные на значительном расстоянии от возможных источников загрязнения, а также почвы в районе техногенного влияния нефтебазы (НБ) (10 проб). Отбор проб проводился во время экспедиции в Верхоянском районе в июле 2022 г.
Для исследования применялся комплекс методов, включающий извлечение органических веществ (ОВ) из проб почв методом холодной экстракции хлороформом; изучение структурно-группового состава хлороформенных экстрактов (ХЭ) методом ИК-Фурье спектроскопии; определение группового компонентного состава ХЭ методом жидкостно-адсорбционной колоночной хроматографии и определение индивидуальных составов, насыщенных УВ методом хромато-масс-спектрометрии [5].
Содержание ОВ в фоновых почвах изменяется в широких пределах: в мерзлотных почвах на древнем аллювии выход ХЭ составил от 819 до 17819 мг/кг, в мерзлотных подбурах 1898 и 13652 мг/кг (табл. 1). Такие различия в содержании ОВ в фоновых почвах связаны с условиями их формирования и от вклада остатков растительности лесной подстилки и мохово-лишайни-кового покрова.
По данным ИК-Фурье спектроскопии фоновые почвы характеризуются исключительно алифатическим составом ХЭ. По типу ИК-спектры фоновых проб были однотипными, вне зависимости от содержания ХЭ. На рисунке 1а представлен ИК-спектр, характеризующий фоновую пробу с выходом ХЭ 9861 мг/кг (Т-1), в химической структуре которой наблюдалось преобладание соединений с длинными метиленовыми цепями в области полос поглощения (п.п.) 720 и 730 см-1, большим количеством карбонильных (п.п. 1700 и 1740 см-1), а также гид-роксильных групп (п.п. 3200-3600 см-1) и сложных алифатических эфиров (п.п. 1170 и 1240 см-1). В составе ХЭ доминирующими являются соединения, представленные твердыми насыщенными жирными кислотами нормального строения, кетонами и сложными эфирами.
Таблица 1 - Геохимическая характеристика почв
Шифр пробы Тип Координаты Выход ХЭ, Групповой состав ХЭ, %
почв мг/кг УВ Смолы Асфальтены
Т-1 Мерзлотные на древнем аллювии N 67°39'23,72"; Е 134°34'57,12" 9861 2,57 69,84 27,59
Т-2 N 67°39'35,98"; Е 134°38'37,79" 819 27,52 53,73 18,75
БФ-1 N 67°25' 13.34"; Е 134°22'29.27" 17819 2,60 58,86 38,54
Т-5 Мерзлотные N 67°34'38,49"; Е 134°46'46,42" 1898 4,13 53,20 42,67
Б-19/2 подбуры N 67°31' 34.25"; Е 133°28'47.57" 13652 2,86 54,9 42,24
НБ Техногенные N 67°40'44.22"; Е 134°37'58.04" 84047 75,15 21,56 3,29
4000 3000 2000 1500 1000
Волновое число (см-1)
Рисунок 1 - ИК-спектры ХЭ проб почв: а - фоновой и б - нефтезагрязненной
По результатам группового компонентного состава в фоновых почвах было установлено преобладание асфальтово-смолистых компонентов (смолы 53-70%, асфальтены 18-42%) над углеводородными (2-27%) (табл. 1).
Состав и особенности распределения индивидуальных УВ характеризует углеводородную составляющую ОВ. В индивидуальном составе насыщенных УВ фоновой почвы максимум распределения н-алканов лежит в высокомолекулярной области на нС31 (рис. 2а). Низкое значение соотношения содержания суммы низкомолекулярных н-алканов к высокомолекулярным (Ен.к.-нС20/£нС21-к.к.) свидетельствует о нативном характере ОВ почв. Индекс нечетности СР1, представляющий отношение н-алканов с нечетным числом атомов углерода в молекуле к н-алканам с четным числом атомов углерода, составил 3,64 (табл. 2). Соотношение изо-преноидов к н-алканам составил 0,05. Отношение (Pr+Ph)/(нСl7+нСl8) равно 1,51. Подобный состав характерен для ОВ современных осадков, в данном случае фоновых почв [5, 6].
В почвах с территории НБ остаточное содержание нефтепродуктов (НП) в среднем составило 84047 мг/кг, что соответствует очень высокому уровню загрязнения (табл. 1).
ИК-спектры почв с территории НБ вне зависимости от концентрации НП были однотипными и однозначно свидетельствовали о нефтезагрязнении почв. На это указывает присутствие п.п. ароматических соединений (750, 810, 880, 1600 см-1) (рис. 1б). Присутствие в спектре п.п. соответствующих кислородсодержащим соединениям - карбонильных групп (1710 см-1), эфирных связей (1170 см-1), гидроксильных групп (3300-3400 см-1) является признаком протекающих процессов биодеградации, что свидетельствует о давнем сроке загрязнения.
В отличие от фоновых проб содержание УВ в почвах с территории НБ в среднем составило 75%, что в 4 раза выше, чем в фоновых (табл. 1). По данным хромато-масс-спектрометрии в индивидуальном составе насыщенных УВ почв с территории НБ максимум н-алканов лежит в низкомолекулярной области нС14 (рис. 2б). Соотношение содержания низкомолекулярных н-алканов к высокомолекулярным составило 1,02, индекс нечетности СР1 - 0,97, что характерно для нефтей и НП. Соотношение суммы пристана (Рг) и фитана (Р^) к сумме н-алканов нС17 и нС18, отражающее степень биодеградации нефтяных УВ составило 3,52 (табл. 2). Таким образом, углеводородный состав почв с НБ также указывает на признаки биодеградации нефтяных УВ, а, следовательно, на давний срок загрязнения почв.
Рисунок 2 - Масс-хроматограммы насыщенных УВ фоновой (а) и нефтезагрязненной (б) почв Таблица 2 - Характеристика состава индивидуального состава насыщенных УВ
Тип пробы н-алканы Изопре-но-иды 2,3-метил-алканы Ен.к.-нС20 /ЕнС21-к.к. Максимум н-алканов CPI Pr+Ph/ нС17+нС18
фоновая 91,45 4,22 4,33 0,07 нС31 3,64 1,51
загрязненная 43,44 19,70 36,86 1,02 нС14 0,97 3,52
По результатам изучения фоновых почв выявлены существенные отличия в содержании ХЭ при этом их химический состав был однотипным и соответствовал ОВ современных осадков. Особенности химической структуры почв с территории НБ и их углеводородный состав указывает на то, что с момента загрязнения почв НП прошло значительное время, в течение которого начали проходить процессы биодеградации нефтяных УВ.
Использование комплекса методов исследования позволило дать сравнительную оценку почв, характеризующих геохимический фон и загрязнение НП. Полученные данные необходимы для оценки природного фона и его изменения под влиянием возможных источников нефтяного загрязнения, а также для выбора оптимального способа восстановления загрязненных почв и контроля качества рекультивационных работ.
Результаты работы получены в рамках Госзадания Министерства науки и высшего образования РФ № 122011200369-1 с использованием научного оборудования ЦкП ФИЦ ЯНЦ СО РАН.
Список литературы
1. Соловьянов А.А. Прошлый (накопленный) экологический ущерб: проблемы и решения. Источники и виды загрязнения // Экологический вестник России. 2015. № 3. С. 20-26.
2. Соколов Ю.И. Арктика: к проблеме накопленного экологического ущерба // Арктика: экология и экономика. 2013. № 2,10. С.18-27.
3. Геннадиев А.Н., Пиковский Ю.И., Жидкин А.П. [и др.] Факторы и модификации углеводородного состояния почв // Почвоведение. 2015. № 11. С. 1314-1329.
4. Васильчук Ю.К., Васильчук Д.Ю, Гинзбург А.П. Криогенные почвы в районе Батагай-ского мегаоврага, север Якутии // Арктика и Антарктика. 2020. № 3. С.52-99.
5. Глязнецова Ю.С., Зуева И.Н., Чалая О.Н., Лифшиц С.Х. Нефтезагрязнение почвогрунтов и донных отложений на территории Якутии (состав, распространение, трансформация). Якутск: Асхаан, 2010. 160 с.
6. Ильичев Р.Б., Вакуленко М.В., Жариков С.Н., Ильичев Б.А. Содержание битумоидов в зональных почвах Европейской части России // Почвоведение. 2001. № 11. С. 1392-1401.
УДК 631.4:622.692.5
DOI 10.24412/cl-37255-2024-1-147-149
ИЗУЧЕНИЕ СОСТОЯНИЯ ПОЧВ НА ТЕРРИТОРИИ НЕФТЕБАЗЫ
Попова Н.И., Глязнецова Ю.С., Львова О.С. Федеральный исследовательский центр «Якутский научный центр Сибирского отделения Российской академии наук», обособленное подразделение Институт проблем нефти и газа СО РАН, г. Якутск E-mail: nuut93@yandex.ru
Аннотация. В работе представлены результаты геохимических исследований почв на территории нефтебазы, расположенной в Центральной Якутии. Для диагностики характера загрязнения почв были использованы физико-химические методы анализа: ИК-Фурье спектроскопия и колоночная жид-костно-адсорбционная хроматография. По особенностям химического состава почвенных экстрактов было установлено, что нефтезагрязнение почв нефтебазы имеет давний срок. Был обнаружен локальный участок с высоким уровнем загрязнения, требующий подбора наиболее оптимальных способов очистки. Полученные результаты могут быть использованы при разработке технологий восстановления почв с давним сроком нефтяного загрязнения.
Ключевые слова: нефтезагрязнение, почва, нефтепродукты, нефтебаза, биодеградация.
При длительной эксплуатации нефтебаз (НБ) потери нефти и нефтепродуктов (НП) неизбежны [1]. Различного рода разливы и утечки при приеме, хранении и отпуске НП могут привести к загрязнению объектов окружающей среды [2]. Поступление в почву компонентов нефти вызывает изменение физических, химических, биологических свойств и характеристик почвы [3]. Процесс самовосстановления загрязненных почв в климатических условиях Якутии протекает крайне медленно [4]. В связи с этим для разработки эффективных мер по снижению техногенной нагрузки и рекультивации нарушенных земель необходимо детальное изучение экологического состояния загрязненной территории.
