РОЗДІЛ 1.

Нафта - це рідкий горючий матеріал. Більшою мірою нафта складається з вуглецю (більше 80%) і водню (близько 13%). Вуглеводнева частина нафти містить парафінові (алкани), нафтенові (циклани) і ароматичні вуглеводні.

Нафта має у своєму складі багато хімічних елементів, які так чи інакше здатні впливати при контакті з навколишнім середовищем на склад тієї чи іншої стихії. При попаданні на поверхню відбувається розтікання і захоплення значної території, окислення, випаровування, емульгування, розчинення, біодеградація, осадження. При попаданні на ґрунт відбувається закупорка біологічної структури ґрунту, запускається механізм вимирання мікроорганізмів і бактерій. Забруднені нафтопродуктами землі стають млявими.

Природа може сама впоратися з такою непередбаченою ситуацією, і перетворити забруднення, але в тому випадку, коли це невелике, разове джерело забруднення. Все залежить від біологічної стійкості даного середовища, а також від факторів, які супроводжують самоочищення. Основна проблема при забрудненні - активне поширення масляної плями, а також рідких і летючих сполук. Ці сполуки розносяться дуже швидко, як на поверхні, так і за допомогою ґрунтових вод, тому ґрунт теж може постраждати, навіть якщо вона знаходиться на значній відстані від джерела забруднення.

[http://greenart.org.ua/poleznaya-informaciya/29-zabrudneni-naftoproduktami.html]

На основі нафти та її сполук свою роботу організовують багато галузей промисловості. Якщо не в продуктах своєї роботи, то в оснащенні, що забезпечує цю роботу. Починаючи з видобутку нафти, і закінчуючи використанням продуктів з неї, є передбачувані відходи виробництва, з якими доводиться стикатися.

Нафтовидобувна і нафтопереробні галузі промисловості загострюють проблеми, пов’язані із забрудненням навколишнього середовища. Забруднення грунтів нафтою спричиняє, як деградацію земель, так і створює небезпеку проникнення полютантів у живильні ланцюги, однією з ланок яких є людина. Це зумовлює гостру необхідність пошуку ефективних та екологічно безпечних методів очищення довкілля від забруднень нафтою. У зв’язку з цим набуває актуальності аналіз участі рослин у процесах деструкції компонентів нафти і розробка підходів для фіторемедіації нафтозабруднених територій (Serrano, 1996; Lin, 1998; Krishan et al., 2000; Шурубор, 2000; Пиковский, 2003; Прасад, 2003).

Нафтове забруднення грунтів змінює властивості ґрунтів, очищення від нафти дуже складний процес. Нафта потрапляє у грунт при розвідці і видобутку нафти, при аваріях на нафтопроводах, при аваріях річкових і морських нафтоналивних суденах, витоках нафтопродуктів на нафтобазах, АЗС. Перш за все це позначається на гумусовому горизонті: кількість вуглецю в ньому різко збільшується, але погіршується властивість грунтів, як поживного субстрату для рослин. Гідрофобні частинки нафти ускладнюють надходження вологи до коренів рослин, що призводить до фізіологічних змін останніх. Продукти трансформації нафти різко змінюють склад грунтового гумусу. На перших стадіях забруднення це відноситься в основному до ліпідних і кислих компонентів. На подальших етапах за рахунок вуглецю нафти збільшується вміст нерозчинного гуміну. У грунтовому профілі можлива зміна окисно-відновних умов, збільшення рухливості гумусових компонентів і ряду мікроелементів.[ http://ndecosystems.ru/notes/neftyanoe-zagryaznenie-pochv/

Нафта переходить у більш окислений стан, твердне, і при високих рівнях забруднення грунт нагадує асфальтоподібнуу масу. Заходи боротьби при малих рівнях забруднення: внесення добрив, що стимулюють розвиток мікрофлори і рослин, що сприяє часткової мінералізації нафти. При великих аваріях - нафту з ґрунтового покриву видаляється механічним способом. [1]

Нафтове забруднення грунтів спостерігається в районах видобутку, транспортування, зберігання і переробки нафти. Воно відбувається в основному через витоки нафти, пов'язаних з недотриманням технологій її видобутку, зношеністю обладнання, порушеннями при проектуванні, несанкціонованими врізками до чинних нафтопроводи. [2]

http://www.ngpedia.ru/id23990p2.html (є посилання на книги)

Нафтопродукти - це продукти, отримані в результаті переробки сирої нафти. До них відносять вуглеводневі фракції, які виходять з нафти. Найбільшу небезпеку для навколишнього середовища несе в собі використання нафтопродукту в якості палива.

Транспортування основної маси нафтопродуктів на суші проходить по трубопроводах. Найбільш незахищеною частиною магістральних трубопроводів є переходи через канали, річки, озера. Магістральні трубопроводи перетинаються з шосейними і залізничними коліями, річками, озерами і каналами.

На земній поверхні нафта частково схильна фотохімічному розкладанню. Механізм цього процесу досі не вивчений.

Важливою характеристикою в процесі вивчення розливів на грунтах є вміст парафіну в нафті.

Щоб оцінити і проконтролювати рівень забруднення навколишнього середовища, потрібно розібрати групи нафтопродуктів, які відрізняються один від одного. Перерахуємо характерні особливості:

- Ступінь токсичності для живих організмів;

- Швидкість розкладання в навколишньому середовищі;

- Характер процесів, що відбуваються трансформацій в атмосфері, грунті, біоценозах та акваторії.

У грунтах техногенні забруднення знаходяться в наступних станах:

- В пористому середовищі - в рідкій легкорухливій формі;

- На частинках грунту або гірської породи - в пов'язаній формі (сорбовані);

- В поверхневому шарі землі - у вигляді щільної органомінеральної суміші.

 Грунт прийнято вважати забрудненим нафтою, якщо концентрація горючого матеріалу досягає рівня, коли відбувається:

 - Пригнічення або деградація рослинного покриву;

- Зниження продуктивності сільськогосподарських угідь;

- Порушення екологічної рівноваги в грунтовому біоценозі;

- Витіснення одним або двома виростають видами рослинності інших, уповільнення діяльності мікроорганізмів;

- Вимивання нафти з грунтів в поверхневі або підземні води.

 Безпечний рівень забруднення грунтів нафтопродуктами - рівень, при якому не настає жодне з перерахованих вище наслідків, внаслідок нафтового забруднення.

Ведення відбору проб проводиться для контролю рівня забруднення грунтів, еколого-токсилогічної оцінки, для спостереження за рівнем забруднення ґрунтів від витоків нафтопродуктів, попередження критичних ситуацій для тваринного світу.

 Якщо екологічна аварія все ж таки відбулася, то в процесі відбору проб встановлюється:

- Глибина проникнення нафти в грунт, її напрямок і швидкість потоку в грунті;

- Можливість і масштаби проникнення нафти з грунтів у водоносні горизонти;

- Область поширення нафти в межах забруднюють водоносного горизонту;

- Причина забруднення нафтою грунтів і вод.

 Вибір відбору проб знаходиться в залежності від багатьох факторів:

 • рельєф місцевості;

• гідрогеологічні умови;

• джерело і характер нафтового забруднення. 

Незважаючи на описані вище екологічні проблеми, в світі є не тільки методи, що знаходяться на етапі розробки, але і ті які успішно застосовуються.

  В даний час існує вибір різних методів щодо зниження та запобігання нафтових забруднень грунтів. У загальному вигляді можна представити їх класифікацію наступним чином:

 - Механічний;

- Фізико-хімічний;

- Мікробіологічний;

- Агротехнічний.

http://ndecosystems.ru/notes/neftyanoe-zagryaznenie-pochv/

У грунтах нафту і нафтопродукти знаходяться в наступних формах:

а) в пористому середовищі - в пароподібному і рідкому легко рухомому стані, у вільній або розчиненій водній або водноемульсіонній фазі;

б) в пористому середовищі і тріщинах - у вільному нерухомому стані, граючи роль вузького або твердого цементу між частинками і агрегатами ґрунту;

в) в сорбированному стані - на частинках гірської породи або ґрунту (у тому числі на частинках органічних речовин);

г) в поверхневому шарі грунту або грунту - у вигляді щільної органо-мінеральної маси.

Забруднення нафтою призводить до різкого порушення в грунтовому мікробіоценозі. Комплекс грунтових мікроорганізмів відповідає на нафтове забруднення після короткочасного інгібування підвищенням своєї чисельності і посиленням активності. Перш за все це відноситься довуглеводоокисних мікроорганізмів, кількість яких різко зростає в порівнянні з незабрудненими ґрунтами. Спільнота мікроорганізмів у грунті приймає нестійкий характер. В міру розкладання нафти в грунті загальний вміст мікроорганізмів наближається до фонових значень, але кількість нефтеокисних бактерій значно перевищує ті ж групи в незабруднених грунтах.

http://www.activestudy.info/vliyanie-nefti-i-nefteproduktov-na-pochvu/

1.2. Вплив нафти на живі організми

1.2.1 Вплив нафтового забруднення на мікробіологічні процеси в грунті

Процес природного фракціонування і розкладання нафти починається з моменту її надходження на поверхню грунту. Виділяють три найбільш загальних етапу трансформації нафти в грунтах:

1) фізико-хімічне і частково мікробіологічне розкладання аліфатичних вуглеводнів;

2) мікробіологічне руйнування головним чином низькомолекулярних структур різних класів, новоутворення смолистих речовин;

3) трансформація високомолекулярних сполук; смол, асфальтенів, поліциклічних вуглеводнів.

Тривалість всього процесу трансформації нафти в різних грунтово-кліматичних зонах різна: від декількох місяців до декількох десятків років [21]. Иерусалимский Н.Д. Исследование микрофлоры сточных вод нефтеперераба-тывающих предприятий / Н.Д. Иерусалимский, Е.А. Андреева, Е.Л. Гришанкова, Е.Л. Головлев, В.В. Дорохов, Л.Н. Жукова // Прикладная биохимия и микробиология. – 1965.- № 2.-с.163-166.

Забруднення нафтою чинить негативний вплив на хімічні, фізичні та біологічні властивості ґрунтів. Під впливом нафти та її компонентів змінюється чисельність мікроорганізмів основних фізіологічних груп, погіршуються агрофізичні, агрохімічні властивості грунту, знижуються активність окисно-відновних і гідролітичних ферментів, забезпеченість грунту рухомими формами азоту і фосфору [23]. Киреева Н.А. Влияние загрязнения почв нефтью и нефтепродуктами на численность и видовой состав микромицетов / Н.А. Киреева, Н.Ф Галимзянова // Почвоведение, 1995.- №2,- с.211-216.

На розкладання нафти в грунті вирішальним чином впливає функціональна активність комплексу ґрунтових мікроорганізмів, які забезпечують повну мінералізацію нафти і нафтопродуктів до вуглекислого газу і води. На першій стадії зміна грунтової біоти характеризується масовою загибеллю мезо- і мікрофауни; на другій стадії - «бумом» мікробіологічної активності спеціалізованих мікроорганізмів і подальшої поступової еволюцією біоценозу, що корелює з постійно змінюється геохимической ситуацією в грунті.

Забруднення нафтою істотно змінює комплекс грунтових актиноміцетів, знижуючи їх чисельність і збіднюючи видовий склад. Крім того, в забрудненій нафтою грунті зростає число фітопатогенних і фітотоксичних видів мікроскопічних грибів. Розвиток фітотоксичних форм грибів може посилити негативний вплив на ґрунт нафтового забруднення.

Показано, що забруднення нафтою призводить до істотного (на два порядки) зниження чисельності гетеротрофною частини мікробного комплексу, зазначеного на початкових етапах впливу нафти. Через три місяці відбувається відновлення чисельності гетеротрофів.

Спочатку, в інтервалі концентрацій нафти відповідних зоні гомеостазу (до 1 мл/кг), вона не робить істотного впливу на ґрунтову мікробіоту, виступає як біологічний стимулятор. Більш високі дози (зона стресу 1-30 мл/кг) призводять до незворотних змін мікробіологічних властивостей ґрунту, а в подальшому, - до порушення її водно-повітряного режиму. Потім, в зоні резистентності, вона стає основним трофическим субстратом для углеводородокисляющих мікроорганізмів, одночасно пригнічуючи життєдіяльність інших гетеротрофних мікроорганізмів, рослин і тварин. Нарешті, при ще більших дозах, в зоні репресії, нафта виступає як інгібітор біологічної активності грунту.

Зміни мікробіологічних параметрів ґрунту першими розглядаються як значущі екологічні порушення. Вони зафіксовані при концентраціях нафти більш 1-5 мл / кг залежно від типу грунту [23]. Киреева Н.А. Влияние загрязнения почв нефтью и нефтепродуктами на численность и видовой состав микромицетов / Н.А. Киреева, Н.Ф Галимзянова // Почвоведение, 1995.- №2,- с.211-216.

1.2.2. Вплив нафтового забруднення на рослини

На сучасному етапі розвитку суспільства рослини відчувають різноманітні антропогенні впливи, у відповідь на які вони змінюють стратегії поведінки. Зміна стратегій поведінки проявляється у виникненні механізмів адаптації до нових екологічних факторів на різних рівнях організації рослин.

Основним антропогенним фактором, що робить стресовий вплив на рослини, є нафтове забруднення. Вивчення адаптаційних механізмів рослин у відповідь на дію нафти уможливлює виявлення ознак, що забезпечують стійкість рослин в умовах нафтового забруднення, з метою їх використання у процесі розробки методів рекультивації та добірки для неї стійких до нафтового забруднення рослин. Досліджувані ознаки можна використовувати як індикатори для характеристики стану ґрунтів при нафтовому забрудненні [14]. Джамбетова П.М. Влияние нефтезагрязнений на морфологические и цитогенетические характеристики растений / П.М. Джамбетова, Н.В. Реутова, М.Н. Ситников // Экологическая генетика [электронный ресурс]: Рецензируемый научно-практический журнал.- СПб.- 2005.

Рослини через свою обмеженість у пересуванні також є хорошими об'єктами для спостереження за впливом, який має на них забруднення навколишнього середовища. Опубліковані дані про вплив розливів нафти містять факти загибелі мангрових дерев, морської трави, більшості водоростей, сильного тривалого руйнування від солі живності боліт і прісноводних; збільшення або зменшення біомаси та активність до фотосинтезу колоній фітопланктону; зміна мікробіології колоній і збільшення числа мікробів. Вплив розливів нафти на основні місцеві види рослин може тривати від декількох тижнів до 5 років залежно від типу нафти; обставин розливу і видів, які постраждали. Робота з механічного очищення сирих місць може збільшити відновний період на 25% -50%. Для повного відновлення мангрового лісу потрібно 10-15 років.

http://www.npacific.ru/np/sovproblem/oil_sea/vozdeistvie/razliv/public1.htm

Небезпека забруднення нафтою і нафтопродуктами пов'язана, насамперед, з високою чутливістю до нього вищих рослин, при тому, що вони займають ключове положення практично у всіх наземних екосистемах, визначаючи існування і склад інших біологічних компонентів біогеоценозів: тварин і мікроорганізмів.

1. Вплив нафти на рослини обумовлено, як її безпосереднім токсичним впливом, так і трансформацією грунтового середовища [15]. Мазунина Л.Е. Особенности анатомии и морфологии растений в условиях нефтяного загрязнения / Л.Е. Мазунина М. : Изд-во ЛКИ, 2008. - 336 с.

Морфологічні та анатомічні зміни рослин.

Нафта чинить негативний вплив на зростання, метаболізм і розвиток рослин, пригнічує ріст надземних і підземних частин рослин, значною мірою затримує початок цвітіння. Забруднені нафтою квітки рідко утворюють насіння [16]. Бочарникова Е.Д. Влияние нефтяного загрязнения на свойства серо-бурых почв Апшерона и серых лесных почв Башкирии / Е.Д Бочарникова // Автореф. Дис. … канд. биол. наук.- М.: 1990.-16 с.

Нафтове забруднення значною мірою змінює морфологію рослини. Спостерігається зменшення росту стебла у висоту, зменшення його радіального росту, нафтове забруднення інгібує ростові процеси. В умовах забруднення нафтою значно знижується площа асиміляційної поверхні рослин (у мезофітних і ксерофітних рослин). Коренева система зменшує свої розміри, змінює свою морфологію (перехід від мочковатих типу кореневої системи до стрижневий). Припиняється формування бульбочок і розвиток кореневих волосків.

Значним змінам піддаються анатомічні особливості рослин. Збільшується товщина листової пластинки, зникає кутикула, зменшуються розміри клітин і кількість хлоропластів. У кореневій системі рослин відбувається потовщення епідерми, збільшується кількість ксилемних елементів і розмір центрального циліндра, обсяг повітроносних тканин.

Зміни анатомії і морфології органів спрямовані на створення захисних механізмів і виконують компенсаторну функцію у відповідь на нафтове забруднення. Відповідна реакція рослин на нафтове забруднення залежить від їх приналежності до екологічної групи. Спостерігається посилення ксероморфних ознак у стійких до нафтового забруднення рослин, що забезпечує їм захист від токсичної дії нафти.

У літературі відзначається різна реакція рослин на нафту в залежності від їх біоморфи і систематичної приналежності [17]. Киреева Н.А. Рост и развитие растений яровой пшеницы на нефтезагрязненных почвах и при биоремедиации / Н.А. Киреева, А.М. Мифтахова, Г.М. Салахова // Агрохимия.- 2006.- №1.- с.85-90.

В цілому на нафтозабруднених ґрунтах у рослин відзначаються такі фізіономічні і фенологічні відхилення від норми:

1) поява гігантських і карликових форм;

2) порушення нормальних пропорцій в зовнішньому вигляді рослин;

3) виникнення наростів, напливів, потовщень, що додають окремим екземплярам потворний вигляд;

4) порушення нормального ритму розвитку (повторне цвітіння видів, нормально квітучих один раз в сезон);

5) сильна пошкодженість рослин шкідниками [18]. Левин С.В. Эколого-микробиологическое нормирование содержания нефти в почве / С.В. Левин, Э.М. Халимов, В.С. Гузев // Токсикологический вестник.–1995.- №1.- с. 11-15.

Біохімічні та фізіологічні зміни.

Нафтове забруднення грунтів значною мірою впливає на рівні вмісту фотосинтетичних і флавоноїдних пігментів в листках рослин.

У рослин, які ростуть в умовах нефтозабруднення, спостерігається зниження вмісту всіх фотосинтетических пігментів (хлорофілу а, хлорофілу b, каротиноїдів) і зростання кількості флавоноїдних сполук. Так само нафтове забруднення може сприяти накопиченню антоціанових пігментів [14]. Джамбетова П.М. Влияние нефтезагрязнений на морфологические и цитогенетические характеристики растений / П.М. Джамбетова, Н.В. Реутова, М.Н. Ситников // Экологическая генетика [электронный ресурс]: Рецензируемый научно-практический журнал.- СПб.- 2005.

З ростом концентрації нафти у ґрунті зменшується вміст нітратів у коренеплодах, і помітно збільшується концентрація вітаміну С. Підвищення концентрації вітаміну в коренеплодах обумовлено погіршенням умов мінерального живлення расенами.

На клітинному і фізіологічному рівні вплив вуглеводнів нафти на рослини проявляється в порушенні структури хлоропластів і фотосинтезу. Вуглеводні ушкоджують мембрани хлоропластів, мітохондрій, мембрани клітин кореня. Рослини, що ростуть при нафтовому забрудненні грунту, містять значно більшу кількість речовин зі стресспротектівнимі властивостями.

Поступаючи в клітини і судини рослин, нафта викликає токсичні ефекти. Вони проявляються у швидкому пошкодження, руйнування, а потім в відмирання всіх живих, активно функціонують тканин рослин в Вегетіруєт стані [19]. Мазунина Л.Е. Особенности анатомии и морфологии растений в условиях нефтяного загрязнения

Таким чином під дією нафтових забруднень в рослинах відбуваються різні зміни як зовнішні, які можна розрізнити візуально, так і внутрішні, які можна виявити тільки за допомогою спеціальних досліджень і проведення низки аналізів.

Стійкість рослин до нафтового забруднення сильно залежить від стадії їх розвитку та біомаси. Найбільш чутливі до токсичного впливу нафтопродуктів рослини, що знаходяться на ранніх стадіях розвитку, а стійкі - багаторічні дорослі рослини, так як у них відбувається відростання нових органів із сплячих бруньок після загибелі частини рослин після забруднення [17]. Киреева Н.А. Рост и развитие растений яровой пшеницы на нефтезагрязненных почвах и при биоремедиации / Н.А. Киреева, А.М. Мифтахова, Г.М. Салахова // Агрохимия.- 2006.- №1.- с.85-90.

Очевидно, що здатність різних рослин виростати в умовах нафтового забруднення неоднакова. Виявлення і вивчення рослин, здатних не тільки виростати на нафтозабруднених ґрунтах, а й сприяти їх відновленню є важливим аспектом для підвищення ефективності очищення нафтозабруднених грунтів [20]. Чупахина Г.Н. Адаптация растений к нефтяному загрязнению / Г.Н. Чупахина, П.В. Масленников // Экология.- 2004.- №5.-с.330-335.