Влияние нефти и нефтепродуктов на почву
В почвах нефть и нефтепродукты находятся в следующих формах:
- в пористой среде — в парообразном и жидком легко подвижном состоянии, в свободной или растворенной водной или водноэмульсионной фазе;
- в пористой среде и трещинах — в свободном неподвижном состоянии, играя роль вязкого или твердого цемента между частицами и агрегатами почвы;
- в сорбированном состоянии — на частицах горной породы или почвы (в том числе на частицах органических веществ);
- в поверхностном слое почвы или грунта — в виде плотной органо-минеральной массы.
Как свободные, так и малоподвижные связанные формы нефтепродуктов легко отдают летучие фракции в атмосферу, а растворимые соединения — в воду. Этот процесс полностью не прекращается со временем, так как микробиологические процессы трансформации углеводородов приводят частично к образованию летучих и воднорастворимых продуктов их метаболизма. По соотношению тяжелых и легких фракций нефти и содержанию парафина можно судить о скорости испарения, вымывания, опасности цементации почв.
Пропитывание нефтью почвенной массы приводит к изменениям в химическом составе, свойствах и структуре почв. Прежде всего это сказывается на гумусовом горизонте: количество углерода в нем резко увеличивается, но ухудшается свойство почв как питательного субстрата для растений. Гидрофобные частицы нефти затрудняют поступление влаги к корням растений, что приводит к физиологическим изменениям последних. Продукты трансформации нефти резко изменяют состав почвенного гумуса. На первых стадиях загрязнения это относится в основном к липидным и кислым компонентам. На дальнейших этапах за счет углерода нефти увеличивается содержание нерастворимого гумина. В почвенном профиле возможно изменение окислительно-восстановительных условий, увеличение подвижности гумусовых компонентов и ряда микроэлементов.
Все вещества, входящие в состав нефти и нефтепродуктов, являются токсичными, нередко канцерогенными.
Загрязнение нефтью приводит к резкому нарушению в почвенном микробиоценозе. Комплекс почвенных микроорганизмов отвечает на нефтяное загрязнение после кратковременного ингибирования повышением своей численности и усилением активности. Прежде всего это относится к углеводородоокисляющим микроорганизмам, количество которых резко возрастает по сравнению с незагрязненными почвами. Сообщество микроорганизмов в почве принимает неустойчивый характер. По мере разложения нефти в почве общее содержание микроорганизмов приближается к фоновым значениям, но количество нефтеокисляющих бактерий (например, в почвах южной тайги до 10—20 лет) значительно превышает те же группы в незагрязненных почвах.
Нефтяное загрязнение подавляет фотосинтетическую активность растительных организмов. Это сказывается прежде всего на развитии почвенных водорослей. В зависимости от дозы нефти, попавшей в почву, и сохранности почвенного и растительного покрова наблюдаются различные реакции почвенных водорослей: от частичного угнетения и замены одних группировок другими до выпадения отдельных групп или полной гибели всей популяции. Индикационным признаком экстремальных условий, находящихся на грани зон толерантности и резистентности, является изменение видового состава водорослей. Динамика и степень самоочищения в пределах зоны толерантности отражаются в численности водорослей.
Загрязнение почв нефтью и нефтепродуктами оказывает длительное отрицательное воздействие на почвенных животных, вызывая их массовое удаление. Отрицательное действие загрязнения осуществляется в результате прямого контакта с нефтью и через изменение свойств загрязненных почв.
Действие различных фракций нефти на живые организмы различно. Легкие фракции нефти и нефтепродуктов, богатые бензином, обладают повышенной токсичностью для живых организмов. Летучие фракции проявляют эффект сразу после контакта с почвой и ее обитателями. В то же время действие этих фракций кратковременно. Они быстрее испаряется и ее воздействие на природную среду относительно кратковременно. Их испаряемость способствует быстрому самоочищению компонентов природной среды.
Легкие нефтепродукты в значительной степени разлагаются и испаряются еще на поверхности почвы, легко смываются водными потоками. Путем испарения из почвы удаляется от 20 до 40 % легких фракций нефти.
Эффект тяжелых фракций проявляется позже. Тяжелые фракции нефти малоподвижны и могут создавать устойчивый очаг загрязнения, очищение природной среды от них протекает с трудом. Тяжелые нефти, содержащие значительное количество смол, асфальтенов и тяжелых металлов, оказывают не только токсичное воздействие на организмы, но и значительно изменяют воднофизические свойства почв. Они ухудшают водно-физические свойства почв из-за цементации порового почвенного пространства. Попадание парафиновой нефти в почву ведет к нарушению влагообмена почвы на долгий срок. Они опасны для почвы, так как, имея низкую температуру застывания, они прочно закупоривают поры и каналы почвы, по которым происходит обмен веществ между почвой и сопредельными средами.
В процессе трансформации и перераспределения загрязняющих веществ создаются гидро-атмо-лито-биогеохимические аномалии со сменой сочетаний различных веществ и геохимических обстановок.
Очень токсичны ароматические углеводороды ПАУ, среди которых много канцерогенов. Высокотоксичны метановые углеводороды, особенно нормальные алканы с короткой углеродной цепью, составляющие основу легких фракций нефти. Их летучесть способствует быстрому испарению этих компонентов нефти.
Значительное влияние на вязкость нефти оказывают твердые метановые углеводороды (парафины), содержание которых в нефти может достигать 15—20 %. Твердые парафины плохо разрушаются.
Отрицательное влияние смолисто-асфальтеновых компонентов обусловлено их вязкостью и плотностью, которые ведут к изменению физико-химических свойств почв и иногда — к их цементации. Влиять могут и присутствующие в составе нефти микроэлементы, вызывающие повышение не только их общего содержания в почве, но и содержания подвижных соединений этих элементов (As, Co, Cu, Pb, Hg, Ni, V, Fe, Mn).
Большое значение для почв имеют высокоминерализованные пластовые воды, влияющие на почвообразование. В почвах устанавливается щелочная реакция, изменяющая ход различных процессов, прежде всего гумусообразования. Высокая доля ионов натрия меняет состав обменных катионов, что оказывает влияние на физические свойства почвы, способствует их оглеению. По наблюдениям Н. П. Солнцевой (1998), в северотаежных условиях дерново-подзолистая почва уже через год после нефтяного загрязнения трансформируется в техногенный битуминозный солончак, через 4 года почва классифицируется как битуминозный солончаковатый солонец, через 15 лет — как битуминозный солонец, а через 20 лет — как битуминозный осолодевающий солонец.
Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.
Источник
Чем вреден бензин для почвы
II. Теоретическая часть 3
1.1. Общие положения. 3
1.2. Рекультивация. Методы рекультивации 4
III. Практическая часть 5
1. Характеристика исследуемых АЗС 5
2.Экспериментальные исследования по оценке уровня загрязнения почв в районах расположения АЗС 6
3.Восстановление почв после загрязнения нефтепродуктами 7
IV. Заключение. Выводы 9
Список используемой литературы 10
В связи с устойчивой тенденцией к росту автомобильного парка города Старая Русса в настоящее время возросло количество автозаправочных станций (АЗС). Как правило, их размещение осуществляется без учета социально-экологических последствий, поэтому они наносят большой вред окружающей среде. Автозаправочные станции обычно строят рядом с автомобильными дорогами общего назначения, расположенными в городской черте.
Наш город-курорт всесоюзного значения в этом году отметил 1000-летие своей истории. Хотелось бы сохранить его первозданную красоту и чистоту! К сожалению, пока мы занимались нашими исследованиями, была построена еще одна АЗС без учета требований (через дорогу расположен мясокомбинат, рядом дома частного сектора и магазин). По данным Б.Самойлова (2012, ВНИИ охраны природы), через 1-2 года в радиусе 100 м от АЗС исчезают все лесные травы, птицы и животные покидают это место уже в первые несколько месяцев работы АЗС. Автозаправочные комплексы «наступают» на парковые и даже на особо охраняемые природные территории.
Объектом нашего исследования являются автозаправочные станции г. Старая Русса, представляющие собой локальные источники загрязнения. Они загрязняют среду главным образом через атмосферу и сточные воды. Единовременные выбросы на почву при этом относительно невелики, но их постоянное действие создает вокруг значительный ареал устойчивого загрязнения.
Мы обратили внимание, что на территориях АЗС мало луговых и полевых растений. Жителям домов, расположенных рядом с АЗС, не слышно пение птиц, которые предпочитают для обитания другие, менее загрязненные, места. Отбирая пробы почв на АЗС, мы заметили, что в ней почти отсутствуют почвенных обитатели (например, мы не встретили дождевых червей).
В литературе исследований по состоянию почвогрунтов в районе АЗС недостаточно. В почве возможно превращение нефти в более токсичные соединения, которые могут в ней адсорбироваться и накапливаться. Загрязненная почва может стать источником поступления токсикантов в организм человека по трофическим цепям: почва — растения — продукты питания, почва — грунтовые воды — человек, почва — атмосферный воздух — человек, что увеличивает риск возникновения экологически обусловленных заболеваний.
Восстановление почв, загрязненных нефтепродуктами, является актуальной задачей, т.к. позволяет выработать способы реабилитации нарушенных человеком экосистем. Особое внимание следует уделять биологическим методам восстановления почв после загрязнением нефтью и нефтепродуктами, как наиболее экологически чистым и эффективным по сравнению с физико-химическими и механическими.
Цель работы: исследовать воздействие АЗС на загрязнение почв нефтью и апробировать методы рекультивации почв.
— исследовать места расположения АЗС в городской черте;
— провести экспериментальные исследования по оценке состояния почв в районах расположения АЗС с обоснованием методики исследований;
— апробировать некоторые методы рекультивации почв;
— выработать рекомендации по приемам рекультивации почв
Гипотеза: если строить АЗС с учетом необходимых нормативов и знать приемы рекультивации почв, то негативных последствий влияния АЗС на экосистемы почвы станет меньше.
II. Теоретическая часть
1.1. Общие положения.
Проблема нефтезагрязненных почв не решена, а наоборот обостряется, что вызвано значительным ростом автомобильного транспорта, применением моторного топлива с опасными добавками и асфальтовым покрытием низкого качества, которое пропускает все вредные вещества, в том числе нефтепродукты, т.к. изготавливается с применением битума — канцерогенного нефтепродукта.
Литературные данные по загрязнению почв нефтью касаются в основном выбросов предприятий и рекультивации почв в районах аварийных разливов нефти.
Наименее изучена проблема оценки влияния АЗС на геологическую среду. По этим вопросам следует отметить исследования, проведенные Беляевым А.Ю. Автором представлены исследования по воздействию АЗС на почвогрунты и грунтовые воды. Загрязняющие вещества могут поступать в почву в результате утечек из резервуаров, трубопроводов и от проливов топлива во время заправки автомобилей и закачки резервуаров.
Попадая в почву, нефтепродукты претерпевает количественные и качественные изменения за счет испарения, вымывания, ультрафиолетового разложения и микробиологического окисления.
Нефтепродукты являются токсичными веществами третьего класса опасности. Попав в грунт, они образуют пленку, ухудшающую воздухо- и водообмен. В результате погибают растения и микроорганизмы.
Процесс разложения нефтепродуктов протекает крайне медленно. За три-четыре года происходит окисление некоторых компонентов. Образуются пирены, которые через 25 — 30 лет превращаются в самые токсичные вещества первого класса опасности — бензопирены. Они могут спровоцировать раковые заболевания. Под действием нефтепродуктов почва с течением времени разрушается.
1.2. Рекультивация. Методы рекультивации
Рекультивация – это комплекс мер, направленных на восстановление прежних плодородных качеств земли, ее биологической и хозяйственной ценности, а также на улучшение условий окружающей природной среды. В лабораторных условиях на сегодняшний день нам доступны такие методы рекультивации, как:
Травянистые растения улучшают структуру, увеличивают воздухопроницаемость почв. Они поглощают мутагенные, канцерогенные и другие биологически опасные продукты распада нефти, препятствуют вымыванию из рекультивируемого слоя почвы элементов минерального питания. Корневые выделения и продукты разложения трав способствуют развитию многовидовой почвенной биоты. Примерный перечень рекомендуемых видов растений-рекультиваторов приведен в сборнике «Классификация растительности» (Александрова В. Д., Наука,1969. 274 с.). Для нашей местности характерны такие нефтеустойчивые растения как клевер, рогоз, осока, щавель и др.
Компостирование — это укладывание слоями остатков растений, навоза, неспелого компоста, соломы и т. д. для перегнивания непосредственно на поверхности почвы. Компост, как губка, отлично впитывает воду и хорошо пропускает воздух. Эти свойства позволяют ему оживлять верхние слои почвы и улучшать их структуру.
— Активация почв аборигенной микрофлоройИзобретение относится к биотехнологии и позволяет сократить продолжительность выделения аборигенных нефтеокисляющих микроорганизмов-деструкторов, упростить технологию наработки биомассы штаммов-деструкторов.
— Внесение органических удобрений в почву
Органические удобрения улучшают структуру почвы, склеивая бесструктурные частицы в комочки и создавая свободное пространство между ними. Структурный грунт имеет лучшую воздухо- и водопроницаемость, дольше сохраняет тепло и удерживает питательные вещества.
Естественные процессы восстановления природных систем после нефтяного загрязнения весьма продолжительны по времени, а главными агентами их самоочищения являются естественные деструкторы — углеводородокисляющие микроорганизмы. Такие организмы содержаться, например, в торфе. Существуют выведенные штаммы микроорганизмов, способных за короткое время практически полностью утилизировать нефтяные продукты.
III. Практическая часть
Характеристика исследуемых АЗС
При проведении экспериментального исследования по оценке уровня загрязнения почв в районах расположения АЗС нами составлена карта расположения АЗС на территории города Старая Русса. Все АЗС расположены в черте города. Исследования проводились на трёх АЗС г. Старая Русса. При выборе площадок наблюдения в пределах эталонной или нормальной экосистемы выполнялись следующие требования: исключение влияния источников выбросов, соответствие наиболее типичному ландшафту (почвы, тип растительности, рельеф, увлажненность и т.п.). Такой площадкой послужил огородный участок в районе Бряшной горы, расположенный за чертой города на расстоянии примерно 2 км.
Объект исследования № I — АЗС №1 — расположен в относительном удалении от жилых застроек, на Парфинском шоссе. С трех сторон примыкает лесопарковая зона.
Объект исследования №2 — АЗС №2 – расположен на пересечении улиц К.Цеткин и Бетховена. Рядом с объектом (менее 50 метров) расположены дома частного сектора. В радиусе 100м находится детский садик «Светлячок»
Объект исследования №3 — АЗС №3 – расположен на пересечении улицы Строителей и Новгородской. Через дорогу расположена нефтебаза, в радиусе 70 метров расположена продовольственная база «Полюс», а в радиусе около 60 метров находятся дома частного сектора.
Вывод: расположение объектов АЗС №2 и №3 не соответствуют нормативным требованиям т.к. рядом расположены дома частного сектора, детский сад, продовольственная база. Это создает опасность для здоровья горожан.
2.Экспериментальные исследования по оценке уровня загрязнения почв в районах расположения АЗС
2.1 Определение каталазной активности почвы
Активность каталазы в почве определялась газометрическим методом, основанном на измерении объема кислорода, выделившегося при контакте почвенного образца с определенным количеством перекиси водорода в стандартизированных условиях эксперимента. Активность каталазы выражается в мл кислорода, выделившегося на 1 г почвы в течение 1 мин (время наблюдения 2 мин). Погрешность определения до 5%. Пробы почв отбирались по сетке на основании схем, составленных на месте отбора проб. Смешанный образец массой около 300-400 гр. состоял из 4-х индивидуальных образцов, равномерно размещенных на ключевой площадке, 5-й образец брался в качестве эталона в 1000 метрах от АЗС (на огородном участке, в районе Бряшной горы).
Результаты активности каталазы представлены в таблице:
Эталон (огородная почва)
Вывод: в почвах, взятых около АЗС, кислород выделялся в малых объемах. В эталонной почве, выделилось в 4-5 раз больше кислорода. Следовательно, разложение перекиси водорода, образующейся в процессе дыхания растений и в процессах окисления органических веществ в почве, будет затруднено. Перекись водорода является вредным продуктом метаболизма живых организмов, что отрицательно скажется на почвенных обитателях. Эталонная почва обладает высокой активностью фермента каталазы, что благоприятно для жизни почвенных обитателей.
2.2 Определение кислотности почвы. Для исследования брали пробу образца почвы, помещали ее в химический стакан, приливали 50 миллилитров дистиллированной воды, перемешивали стеклянной палочкой, затем отфильтровывали для получения чистого раствора. В фильтрат опускали листочек универсальной индикаторной бумаги и затем сравнивали цвет бумаги со шкалой. Определяли рН растворов.
Результаты определения кислотности почв представлены в таблице:
Эталон (почва с огорода)
Чем сильнее закислена или имеет высокую щелочную среду почва, тем хуже в ней развивается корневая система растений. Наиболее благоприятна для растений нейтральная или слабощелочная среда.
Вывод: На АЗС почва неблагоприятная для развития растений, т.к. имеет сильнокислотную среду.
3.Восстановление почв после загрязнения нефтепродуктами.
Были отобраны образцы почв на загрязненных участках на одной из исследуемых АЗС №2 (Газпромнефть) – образец почвы №1. Для сравнения взят эталонный образец огородной почвы, расположенной в удалении от АЗС (огородный участок в районе Бряшной горы) — образец почвы №2. Почва отбиралась на глубине 25-30 см.
3.1 Методика проведения биологических мероприятий по рекультивации
— Фиторекультивация. Взяли почву с АЗС в том месте, где растет клевер, который является нефтестойким растением — образец №3
— Компостирование (компост — наполнитель хвоя, рогоз). Компост готовили осенью следующим образом: срезали рогоз остролистный, замачивали его в воде. Весной высушили его и измельчили. Добавили туда измельченную хвою сосны обыкновенной и получили компост. Почву, взятую с АЗС, перемешали с компостом — образец №4
— Активация аборигенной микрофлоры + компостирование. На почву с АЗС поместили почву с огорода, содержащую споры микроорганизмов, участвующих в биодеградации нефтепродуктов. Тщательно взрыхлили, перемешали и добавили компост (компост — наполнитель хвоя, рогоз) — образец №5
— Внесение органических удобрений: в почву вносили торф и фосфор, с последующей инкубацией в течение 3-7 суток для увеличения численности углеводоокисляющих микроорганизмов. Необходимые для жизнедеятельности микрофлоры микроэлементы находятся в самом торфе — образец №6
В подготовленные образцы (№№ 1- 6) посеяли семена овса.
3.2 Методика определения всхожести семян
В эталонный образец № 2 и почву с АЗС №1 посеяли семена овса по 100 штук в каждый образец. Через 7 дней наблюдали, что всхожесть семян в образце №1 составляет 37%, а в образце №2 — 93%
3.4 Наблюдение за прорастанием семян. Методика определения биомассы растений Измерили средний рост растений из различных образцов. На школьных весах взвесили биомассу растений: вытащили растения овса из почвы, промыли корни водой и взвесили биомассу растений разных образцов. Результаты эксперимента приведены в таблице:
Источник