Возможные альтернативные пути оптимизации обстановки

На экологическую систему воздействует ряд нефтепродуктов и компонентов, сопутствующих нефтедобыче, переработке и транспортировке. Они оказывают воздействие на ряд компонентов экосистемы. Многопричинность явлений деградации определяет целесообразность альтернативных подходов к оптимизации обстановки, эффективность комплексного решения проблем. При этом возможно: 1) воздействие направленное на уменьшение антропогенного влияния (совершенствование технологий, увеличение надежности систем, введение в технологические циклы экологически чистых компонентов); 2) удаление нефтепродуктов из почв; 3) инактивация нефтепродуктов в почвах, их химическое, микробиологическое и ферментативное разложение; 4) изменение характера использования загрязненных почв с целью их постепенной реабилитации и уменьшения негативного давления нефтепродуктов на другие компоненты экосистемы.

Перспективным является метод биокоррекции загрязнений (Foght, Westlake), при котором используют следующие приемы: 1) активацию деградирующей способности микрофлоры, естественно содержащейся в загрязненной почве, путем внесения биогенных элементов, кометаболизируемых субстратов, кислорода; 2) интродукции в загрязненную почву специализированных микроорганизмов, предварительно выделенных из различных загрязненных источников или генетически модифицированных.

Возможными альтернативными приемами оптимизации обстановки могут быть анодное окисление почв, вымывание нефтепродуктов из почв до грунтовых вод с их очисткой в конусах выноса; внесение в почву композиций микроорганизмов и ферментов, инокулированных на цеолите и других сорбентах, усиливающих их активность. К альтернативным методам оптимизации обстановки относятся и использование металл-лигандных соединений. При этом электромагнитное поле металла способствует активации бактерий, вызывающих окисление нефти. Для этих целей используют ферриты FeS, Fe₂S₂ и др., встречающиеся в отвалах электростанций.

Для улучшения почв, загрязненных нефтепродуктами, возможно применение кислородсодержащих удобрений (различных перекисей), комплексов с высокой степенью окисления (Савич В.И. и др.), обработка почв ультрафиолетовыми излучателями, монтируемыми на передвижных установках. Перспективным является создание серии композиций микроорганизмов для определенного характера загрязнения, типа почв и гидротермических условий.

В то же время, попадающие в почву нефтепродукты являются ценными источниками энергии, и их сжигание на поверхности или окисление до углекислого газа и воды микроорганизмами нельзя считать очень выгодным. Однако, экономически выгодных путей их извлечения из почв или использования в почве пока не разработано.

В агрофитоценозах ухудшение экологической обстановки и деградация отдельных компонентов экологической системы часто отмечается при загрязнении почв пестицидами. Подробно этот вопрос изложен в учебнике «Почвенная экология» Савич В.И. и др., Орел, 2002.

Классификация пестицидов по степени их опасности приведена в следующей таблице.

Таблица

Классификация пестицидов по степени опасности их содержания в оросительной

воде, почве и растениях

Пестициды	ПДК в оросительной воде, м/л	Лимитирующий признак вредности	ПДК в почве1), мг/кг	Персистентность в почве1), мес	ПДК в растениях2), мг/кг
класс малоопасный, персистентность в растениях менее 1 месяца дактал дипор поликарбацин прометрин трихлорацетат натрия цинеб класс умеренно опасный; персистентность в растениях 1-3 месяца 2,4-Д аминная соль дапагон карбофос пропанид симазин трефлан хлорофос япан (ордрам) рогор класс опасный; персистентность в растениях более 3 месяцев атразин гексахлорбутадиен ДДТ ПХК (полихлоркамфен) ПХП (полихлорпинен) севин метафос гептахлор ГХЦГ гранозан	1,0 0,1 2,0 3,0 5,0 0,03 0,2 2,0 0,05 0,1 0,02 1,0 0,05 0,07 0,03 0,5 0,01 0,1 0,005 0,2 0,1 0,02 0,05 0,02 0,0001	Т Т ФТ, Т ФТ, Т ФТ Т, СТ Т, ВМ Т, СТ Т, ВМ ФТ, СТ ФТ, Т, СТ СТ Т, ВМ Т,СТ Т, ВМ,СТ ФТ,Т,СТ ФТ,Т,СТ ФТ,Т,СТ ФТ,Т,СТ ФТ,Т,СТ ФТ,Т,СТ ФТ, Т ФТ,Т,СТ ФТ,Т,СТ ФТ,Т,СТ	0,1 0,5 0,6 0,5 0,2 0,2 0,25 0,5 2,0 1,5 0,2(0,01)3) 0,1 0,5 0,9 0,3 0,5(0,01) 0,5 0,1 0,5 0,5 0,05 0,1 0,05 0,1 0,1	4-6 4-6 1-6 3-4 2-6 до 10 1-1,5 6-12 до 3 6-12 до 12 6-12 до 3 2-6 8-12 18-20 до 24 до 144 6-24 6-24 до 12 до 3 до 36 6-18 до 24	3,0–продукты растительного происхождения 0,15-виноград, картофель; 0,2-томаты и др. овощи; сахарная свекла; 1,0-овощи, фрукты, ягоды не допускается мор ковь; 0,1 – овощи, картофель 0,01 – фрукты, овощи, зерно 0,06 – фрукты, овощи, 1,0 - зерновые не допускаются все пищевые продукты 1,0 – фрукты, виноград, овощи 1,0 – овощи, фрукты, 3,0 - виноград 0,3 – рис 0,05 – виноград, 0,2 – фрукты, 0,2 – другие овощи 0,5 – лук, морковь, капуста 0,1 – зелень, капуста, фрукты, 0,2 – другие овощи 0,2 – рис 1,0 – фрукты, цитрусовые, картофель, овощи, зерновые 0,1 – зерновые, фрукты, овощи не допускается - виноградный сок, 0,01 - виноград 0,02 – зерно хлебных злаков; 0,1 – картофель, сахарная свекла не допускается - зеленый горошек; 0,1 - картофель, сахарная свекла не допускается - картофель, сахарная свекла, горох не допускается – плоды, ягоды, кукуруза, семена хлопчатника не допускается – все пищевые продукты - « - 0,2 – зерновые; 0,5 – картофель, овощи не допускается – все пищевые продукты

*) 1) – по ГОСТ 17.4.1.02-83 «Охрана природы. Почвы. Классификация химических веществ для контроля загрязнения»

2) – по «Гигиеническим нормативам содержания пестицидов в окружающей среде и пищевых продуктах», 1980

Лимитирующие признаки вредности: ФТ – фитотоксичный; Т – транслокационный; ВМ – водно-миграционный; СТ – санитарно- токсичный;

3) – в скобках ПДК по фитотоксичному признаку вредности.

Пути оптимизации обстановки

В сельскохозяйственной агроэкосистеме взаимодействует множество природных факторов, определяющих развитие болезней, вредных насекомых и сорняков. Задача состоит не в полном уничтожении вредителей и сорняков, а в поддержании их численности на том уровне, который не приводит к ощутимым экономическим потерям. Необходима комплексная система мер защиты растений, включающая агротехнические, биологические, карантинные, механические, селекционные, семеноводческие, физиологические и химические способы. В соответствии с существующими рекомендациями, необходимо полностью исключить применение синтетических органических пестицидов второй и третьей генераций в период вегетации растений в овощеводстве защищенного грунта, на плантациях косточковых и ягодных культур, за счет использования устойчивых сортов, агротехники и защиты химических пестицидов биологическими препаратами, физическими приемами и средствами.

Биологические способы защиты растений

Основное направление биологического способа защиты растений – это использование полезных насекомых и клещей в борьбе с вредными. Первые представлены в природе хищниками, питающимися особями вредителей и паразитами, живущими внутри или на теле вредителя. Наиболее известные и широко используемые хищники – это божьи коровки, златоглазки, жужелицы, мухи-журчалки, муравьи. Из числа паразитов для биологической защиты наиболее часто применяют перепончатокрылых насекомых: трихограмм, браконидов, ихневмонидов, телемонусов, энкарзий и мух (Тажинов и др.)

Среди биологических средств борьбы с вредителями и болезнями наиболее часто используют следующие энтомофаги (Твердюков А.П. и др.). Для борьбы с паутинным клещом на огурцах и томатах – фитосейулюс. Для борьбы с тепличной белокрылкой на огурцах, томатах и перце – энкарзию и макролофус; для борьбы с тлями – галлицу афидимиза, златоглазку обыкновенную, афидиус, циклонеду, кокципеллиды, микромус. Для борьбы с паутинным клещом на декоративных культурах – метасейлюс. Для борьбы с вредителями и болезнями используют следующие биопрепараты: для борьбы с галловыми нематодами на огурцах и томатах – нематофагин; для борьбы с паутинным клещом на огурце – битоксибациллин; для борьбы в корневыми гнилями на огурцах и томатах – триходермин; для борьбы с мучнистой росой – амнеломицин и т.д.

Использование для защиты растений биологических средств защиты растений от вредителей позволяет сохранить биологическое равновесие и значительно сократить или даже исключить применение химических средств защиты растений. Однако, возможны случаи и интенсивного развития применяемых для защиты растений видов, особенно в случае их завезения из других регионов.

Микробиологические средства защиты растений создаются на основе существующих в природе микроорганизмов: бактерий, грибов, вирусов и т.д. Основным их преимуществом является специфичность – способность поражать определенные виды вредных организмов, не причиняя вреда человеку, теплокровным животным, птицам и полезным насекомым. Микроорганизмы, выделяемые из природной среды и вносимые опять в естественные условия, в качестве инсектицидов, позволяют избежать нежелательных изменений в биоценозах.

Оптимизация роста и развития растений

Большое значение для борьбы с вредителями и болезнями растений может играть оптимизация условий роста и развития растений. Устойчивость растений к вредителям и болезням значительно уменьшается, в случае их ослабленного развития при недостатке элементов питания и в стрессовых ситуациях. В то же время устойчивость растений к действию вредителей и болезней понижается и при перекорме растений (часто азотном), при несбалансированном питательном режиме.

В ряде работ показана эффективность внесения смеси гербицидов с удобрениями, ретардантами, ингибиторами нитрификации. Оптимальные дозы ядохимикатов определяются культурой, фазой развития растений, засоренностью, свойствами почв, климатическими условиями, условиями питания. По данным ряда авторов (Минеев В.Г.), действие гербицида на сорняки возрастает на удобренных вариантах.

В то же время, с нашей точки зрения, и сорняки будут более устойчивы к гербицидам при оптимизации их питания. Очевидно, существует следующая зависимость: и сорняки, и с/х культуры лучше развиваются и более устойчивы к гербицидам при хорошем питании. Однако, при хорошем питании сорняки находятся в равном положении с с/х культами по условиям роста и развития (т.к. корневая система сорняков, как правило, обладает большей поглотительной способностью к элементам питания, чем у культурных растений). Поэтому культуры имеют больше возможностей обогнать сорняки в росте и развитии и подавить их. Это усиливается при селективном угнетении сорняков гербицидами. В условиях плохого питания культурные растения, несмотря на гибель сорняков, развиваются плохо и их постепенно начинают угнетать другие сорняки. В условиях оптимального питания чаще наблюдается и минимальное накопление гербицидов в растениях. Багаев В.В. отмечает, что оптимальный (но не избыточный) питательный режим оказывает защитное действие на растения в отношении гербицидов.

В природе существует принцип, согласно которому при оптимизации состояния растений они более полно и экономно используют элементы питания, более адекватно реагируют на изменения условий внешней среды, в большей степени реализуют свои защитные функции по отношению к токсикантам.

Биологические средства используют и для защиты растений от болезней. Это вытяжки и настои из различных растений, авирулентные штаммы бактерий и грибов, которые эффективны против различных корневых гнилей, ржавчины и мучнистой росы. Биологические методы используются и для борьбы с сорными растениями. Безусловно, перспективны методы создания сортов, устойчивых к определенным болезням, в том числе на основе генной инженерии. В связи с расшифровкой химической структуры многих гормонов, осуществляется их синтез для управления метаморфозом и размножением насекомых. В практике защиты растений широкое применение получили синтетические половые феромоны – биологически активные летучие вещества, управляющие размножением.

Оптимизация роста и развития растений, за счет подбора сочетания культур

Состояние растений, а, следовательно, их устойчивость к болезням и вредителям зависят от действия растений, находящихся рядом. Растения действуют друг на друга, за счет различных физических полей (есть растения доноры и акцепторы), воздушных выделений, корневых выделений, изменения почв в результате развития культур, связанных как с накоплением в почве органических соединений, образующихся в результате разложения растительных остатков, так и с избирательным потреблением из почв отдельных элементов.

Воздушные выделения одних растений действуют на другие растения. Эффект такого действия может быть как положительным, так и отрицательным. За счет посадки отдельных растений-защитников между рядами основной культуры, можно добиться на последней уменьшения развития вредителей и болезней.

Ряд растений действует благоприятно на развитие других только в малых количествах. Это относится к ясотке белой, эспарцету, валериане, тысячелистнику, ромашке, по отношению к пшенице. Большинство ароматических трав благоприятно действует почти на все овощи. Следует отметить, что одни растений могут влиять на развитие других, за счет воздушных выделений, положительно, а за счет корневых выделений или физических полей – отрицательно. Эффект определяется как преобладающим влиянием, так и расстоянием растений друг от друга.

Часто нарушение экологического состояния почв и других компонентов биогеоценоза отмечается в районах добычи газа, при обустройстве газовых месторождений, что иллюстрируется прилагаемыми рисунками.

Мониторинг почв локально-регионального уровня для районов добычи газа имеет ряд особенностей.

1. Характеристика источника воздействия должна содержать информацию о скважинах, хранилищах, сборных пунктах, шлаковых амбарах, отстойниках, площадках для сжигания излишка газа, расположении дорог, свалок, вспомогательных сооружений.

2. Определение уровней контролируемых показателей (почв, вод, растений) целесообразно проводить и по прилегающим территориям.

3. Установление радиальных или линейных (от дорог) зон нарушения

4. Определение характера воздействия на почву должно складываться из оценки: а) засоления, б) загрязнения, в) адсорбции газа почвой, г) техногенных нагрузок в местах сжигания, д) изменения гидрологического режима, е) уплотнения, ж) перемешивания, сдвига, погребения, удаления.

5. Оценка путей и направлений самостоятельных и пересекающихся потоков миграции, аккумуляции и трансформации загрязняющих веществ.

6. Оценка упругой (способность к самоочищению и самовосстановлению) и резистентной устойчивости почв по отношению к воздействиям

7. Разработка рекультивационных мероприятий

8. Оценка экологического ущерба земельному фонду (Ковалева Н.О., 1998).

Большие экологические последствия наблюдаются при складировании отходов горно-добывающей и горно-обогатительной промышленности. Из огромных объемов добываемого в мире минерального сырья, исчисляемого десятками миллиардов тон, используется лишь 5-10%. Остальное количество представляет собой отходы горно-добывающего и горно-обогатительного производства, или так называемые техногенные образования. Они представлены отвалами некондиционных полезных ископаемых, вскрышных и вмещающих пород, отходами обогатительного (хвосты, шламы), металлургического (Шлаки, золы), энергетического (злы, пыли) и других производств и составляют большую часть (70-80%) суммарной массы твердых, жидких и газопылевых отходов всех технологически необходимых производств.

Исследованиями воздействия на окружающую среду терриконов угольных шахт Донбасса установлен интенсивный вынос из отвалов дождевыми водами селена, кобальта, меди и других тяжелых металлов. Вынос селена таков, что 1 г шлака достаточно, чтобы его концентрация в 1 л воды превысила допустимую. Повышенная миграционная способность и высокие коэффициенты биологического поглощения многих токсичных химических элементов отвалов могут приводить к загрязнению поверхностных и подземных вод, почвенно-растительного покрова.

Воздействие этих отходов на приземную атмосферу состоит, прежде всего, в том, что с их поверхности в теплые периоды времени происходит интенсивное испарение с включением разнообразных загрязняющих веществ (ртуть, мышьяк и другие летучие тяжелые металлы, газообразные соединения химических реакций в теле отвала). В итоге приземная атмосфера в районе отвалов, терриконов, шламо- и хвостохранилищ загрязнена.

По данным Галыперина А.М., в Губкинско-Стойленском промышленном районе КМА существенному изменению подвергся и химический состав поверхностных и подземных вод. Пределы содержаний вредных примесей в воде р. Осколец следующие: нефтепродукты – 0,06-1,12 (ПДК – 0,05 мг/л), смолы и асфальтены – 0,6-1,12 (ПДК -0,)5 мг/л), азот суммарный – 1,28-1,36; фосфаты – 0,31-0,115 (ПДК – 3,5 мг/л), кремниевая кислота – 9,0-10,5; железо общее – 0,28-1,10 (ПДК – 0,3 мг/л), медь – 11,0-14,0 (ПДК – 1,0 мг/л), хром – 0,008-0,010; цинк – 0,)1-0,05; никель – 0,07-0,10 мг/л.

Ниже приведены данные о радиусах негативного воздействия на экологическую систему рассматриваемых процессов.

Таблица

Радиусы негативного воздействия полигонов твердых бытовых отходов

Вид воздействия	Радиус, м
распространение биогаза (неприятный запах) распространение токсичного дыма (при горении) загрязнение почвенно-растительного покрова загрязнение грунтовых вод загрязнение поверхностных вод тепловое загрязнение угнетение растительности	300-400 до 6000 2000-3000 2000-3000 до 2500 до 50 до 150

Ниже приведены усредненные характеристики просачивающихся вод из хранилищ бытового мусора.

Таблица

Усредненные характеристики просачивающихся вод из хранилищ (свалок)

бытового мусора через 6-8 лет после закладки на хранение

Показатели

Величины

значение рН сухой остаток нерастворимые вещества электрическая проводимость (200) неорганические компоненты соединения щелочных и щелочноземельных металлов (в расчете на металл) соединения тяжелых металлов (в расчете на металл) соединения железа (общее железо) NH4 (в расчете на N) SO42= HCO3- органические компоненты БПК3 ХПК фенол детергент вещества, экстрагируемые метиленхлоридом органические кислоты, отгоняемые с водным паром (в расчете на уксусную кислоту)

6,5-9,0 20000 мг/л 2000 мг/л 20000 мкСм/см-1 8000 10 1000 1000 1500 10000 4000 6000 50 50 600 1000

Таблица

Содержание бенз(а)пирена при сжигании топлива, мкг/100 м³

Топливо	Min	Max	Наиболее часто встречающееся
газ мазут уголь	1 2 30	4 40 140	1-2 10-20 40-100

Общая постановка работы. Необходимо самостоятельно подготовиться к вопросам по изучаемым проблемам с использованием рекомендованной литературы. Студент должен знать закономерности деградации почв и других компонентов экологической системы при их загрязнении нефтепродуктами, пестицидами, продуктами свалок, в районах газовых месторождений. Студент должен уметь найти пути оптимизации обстановки, место и характер геохимических барьеров для улавливания токсикантов. Студент должен иметь представление о процессах трансформации рассматриваемых токсикантов в почвах.

Список индивидуальных данных, Данные.по загрязнению почв нефтепродуктами, пестицидами, продуктами, мигрирующими из свалок, карты локального загрязнения; карты устойчивости почв.

Пример выполнения работы. Студенты самостоятельно изучают указанные в модульной единице №24 разделы по учебнику и по прилагаемым к работе материалам и отвечают на поставленные вопросы, аргументируя их.

Контрольные вопросы к защите

1. В чем экологическая опасность загрязнения почв нефтепродуктами и сточными водами нефтепромыслов?

2. Объясните географическую закономерность чувствительности вод к нефтяному загрязнению?

3. Укажите параметры изменения почвенного покрова при устройстве нефтяных месторождений?

4. Объясните схему районирования по вероятной интенсивности самоочищения равнинных геосистем от твердых, жидких, газообразных загрязнителей?

5. Укажите состав геохимических барьеров для нейтрализации негативных последствий на экологическую систему нефтяного загрязнения?

6. Укажите пути оптимизации обстановки при нефтяном загрязнении почв?

7. Укажите возможные последствия нарушения экологической обстановки объектами газовой промышленности?

8. Укажите особенности мониторинга почв в районах добычи газа?

9. На какие компоненты экологической системы действуют свалки, и какой радиус их действия?

10. На какие компоненты экологической системы действуют пестициды?

11. Каковы превращения пестицидов в почвах, как они зависят от свойств почв и строения пестицидов?

12. Как классифицируются пестициды по степени их опасности для компонентов экологической системы?

13. Какие пути оптимизации обстановки при загрязнении почв пестицидами?

Список оценки результатов. Защита работы с первой попытки оценивается в 4 балла; каждая последующая попытка оценивается на 1 балл ниже.