II.I.1. Особенности распространения и деструкции нефти на ландшафтах северных территорий.

Для условий средней и северной тайги выделяют три основных этапа естественного разрушения нефти на земной поверхности:

1 этап: длится в среднем 1,5 года, преобладают физико-химические процессы (проникновение нефти в глубь почвы, испарение легких фракций нефти, вымывание, окисление кислородом и фотохимическое разложение), концентрация нефти в почве снижается на 40-50 %.

2 этап: длится 3-4 года, разложение нефти происходит под воздействием почвенных углеводородокисляющих микроорганизмов, численность которых при этом увеличивается в 25 раз. Происходит разрушение наиболее токсичных метанонафтеновых фракций.

3 этап: начинается через 4,5-5 лет после разлива нефти и длится до ее полного разрушения. Происходит разрушение остальной, менее токсичной части углеводородов смолисто-асфальтовых компонентов, которые образуют сплошные жестокие корочки-киры.

На верховых болотах процесс естественной деградации нефти в 1,5-2 раза продолжительнее, чем на дренированных участках.

В целом, почва способна к естественному самоочищению с восстановлением первоначального состояния при концентрации нефти до 5%, более высокий уровень загрязнения ведет к деградации гумуса и биологической компоненты почвы, требуется проведение рекультивационных работ.

II.I.2. Влияние нефти на биоценозы.

При загрязнении почвы нефтью она приобретает гидрофобные свойства, нарушается ход биологических и биохимических процессов, ухудшается ее химический состав, угнетается деятельность микрофлоры, изменяется видовой состав микробиоты, из-за ухудшения условий произрастания и прямого токсического действия нефти угнетаются растения. Степень токсического воздействия нефти на биоту определяется ее химическим составом, уровнем загрязнения, почвенно-климатическими условиями, устойчивостью компонентов биоценоза к действию ксенобиотика.

Нефть представляет собой сложнейший комплекс преимущественно органических веществ, в состав которых может входить более 1000 химических соединений. Основным элементами составляющими нефть являются: С(83-87%), Н(12-14%), S(до 6-8%), N(0.02-0.07%), O(0.05-3.6%).

Углеводороды нефти по токсичности подразделяются на 4 класса:

1)Парафины (алканы)- насыщенные соединения, имеющие прямую или разветвленную сеть,

2)Олфеины (алкены)- ненасыщенные нециклические соединения

3)Нафтены (циклопарофины)- насыщенные циклические соединения.

4)Токсичность чистых углеводородов обратно пропорциональна их растворимости или температуре кипения, не зависимо от того, к какому они относятся.

Легкие фракции-алканы обладают высокой миграционной способностью и легко проникают сквозь почвенный профиль в грунтовые воды. Они токсичны, как для растений, так и для животных.

Содержание ароматических углеводородов в нефти обычно составляют 20-40% полицеклических (ПАУ) - 1-4%. Среды ПАУ особо опасен 3,4- бензопирен.

Ароматические СН – наиболее токсичные компоненты нефти, трудно поддаются разрушению. В концентрации всего 1% в воде они убывают все водные и значительно угнетают высшие растения. Биологическая активность смол и асфальтов невысока.

II.I.3. Влияние нефти на свойства почв.

Почвы считаются загрязненными нефтью и нефтепродуктами, если их концентрация достигает уровня, когда:

• Происходит угнетение или деградация растительного покрова;

• Нарушается экологическое равновесие в почвенном биоценозе: происходит вытеснение одним-двумя бурно произрастающими видами растительности остальных видов, ингибируется деятельность микроорганизмов, исчезают виды альгофлоры, мезофауны;

• Изменяются водно-физические свойства и структура почв;

• Возрастает доля углерода нефтепродуктов в некарбонатном (органическом) углероде почв;

• Падает продуктивность сельскохозяйственных земель;

• Происходит вымывание нефтепродуктов из почв в подземные и поверхностные воды.

Минимальный уровень содержания нефтепродуктов в почвах и грунтах, выше которого наступает ухудшение качества природной среды, можно назвать верхним безопасным пределом концентрации, или ПДК. Эти нормы должны вырабатываться для определенного района и определенного типа почв.

Необходимо установить уровень концентрации нефтепродуктов в почвах и грунтах, выше которого почва не может сама справиться с загрязнением, ее потенциал самоочищения не работает. Этот уровень можно назвать пределом потенциала самоочищения (ППС). Почвы, содержащие нефтепродукты выше ППС, подлежат санации и рекультивации, так как без этих мероприятий они не выйдут из стадии деградации и будут оказывать устойчивое негативное влияние на окружающую среду. Естественное самоочищение почв, вод и др. природных объектов от нефтяного загрязнения являются длительным процессом, продолжающимися от одного до нескольких десятилетий. Наиболее сложно самоочищение проходит в почвенной среде и для разработки эффективных рекультивационных мероприятий наиболее важное значение имеет информация о модификации свойств загрязненной нефтью почвы.

После разлива, как правило, сначала загрязняются нефтью органо-минеральный слой почвы, но через 2-3 года углеводороды обнаруживаются на глубине до 140-160 см. Препятствуют проникновению нефти вглубь барьеры – экраны (тяжелые грунты и глеевые горизонты), но по этим экраном нефть может мигрировать в горизонтальной плоскости.

В ландшафтах Западной Сибири нефть поглощается органическим слоем почвы, и особенно, торфом за счет его высокой пористости (торф при влажности 20% способен удержать 650-670 л. нефти в 1 м³). В насыщенную водой почву нефть глубоко не проникает, абсорбируясь мхами, травой, органическим слоем. В верхнем слое обычно задерживаются смолы и асфальтены, а легкие фракции нефти могут проникать в грунтовые воды, но чаще в течение года испаряются или разлагаются.

Нефть, попадая в почву, существенным образом изменяет ее физические характеристики, поскольку обладает выраженными гидрофобными свойствами, которые передаются почвенными частицами. Нефть обволакивает структурные единицы почвы пленкой, нарушая водный обмен, перенос активных соединений. В нефтезагрязнненых почвах уменьшается степень окисленности гумусовых кислот, увеличивается абсолютное содержание практически всех фракций гумусовых веществ, происходит деградация гумуса.

К числу наиболее выраженных последствий загрязнения почвы нефтью следует отнести тенденцию к подкислению.

Вскоре после разлива нефти обнаруживается обеднение почвы элементами минерального питания, особенно азотом. Из-за ухудшения водного режима, аэрации, как правило, сначала резко увеличивается содержание аммиачного азота и уменьшается до следовых количеств нитратов. При слабом (0,1-04 %) загрязнений нефтью отмечено снижение в почве нитратного азота в 1,3-2 раза, увеличение доли трудногидролизного азота при уменьшении его подвижности. Содержание фосфора в почве в зависимости от дозы нефти и продолжительности воздействия может снизиться в 2-9 раз.

Важную роль в снижении токсичности нефти играет гумуссированность почвы - чем выше содержание гумуса, тем выше ее буферность, биологическая активность, тем ниже токсичность одной и той же дозы нефти. Ферментативная активность почвы в свою очередь тесно связана с количеством и активностью почвенной микрофлоры.

Под действием нефти и сопутствующих ей минеральных пластовых вод происходит внедрение натрия в ППК и развитие процессов осолонцевания, уменьшается кислотность почв, резко увеличивается содержание углерода в почве, что тормозит процесс аммонификации с накоплением доступного аммонийного азота, но резко снижается содержание фосфора и калия.

http://nsportal.ru/ap/library/drugoe/2014/10/14/rekultivatsiya-neftezagryaznennykh-zemel

http://analiz-vody.ipkecol.ru/mater.htm

Влияние нефти на микрофлору почвы

При попадании нефти в почву, помимо количественных происходят и качественные изменения микрофлоры. Выделено четыре зоны ответной реакции микроорганизмов на повышенные дозы нефти – гомеостаз, стресс, резистентность, репрессия.

В зоне гомеостаза (0-0,7 мл/кг) изменения в микробном сообществе минимальны, уровень загрязнения нефтью низкий. В зоне стресса (0,7-50 мл/кг) снижается интенсивность разложения углеводов, возрастает скорость разложения нефти, происходит смена доминирующих видов микроорганизмов, начинает проявляться угнетение клубеньковых микроорганизмов, уровень загрязнения почвы нефтью средний.

В зоне резистентности (50-300 мл/кг) наблюдаются резкие изменения в микробной системе, объединяется видовой состав, скорость разложения углеводов минимальна, а нефти максимальная, доминируют устойчивые к нефти, способные ее окислять виды, численность клубеньковых микроорганизмов резко снижается.

Не плагиат

Биоиндикация и биотестирование почв.

Попадание нефти и нефтепродуктов в почву приводит к изменению активности основных почвенных ферментов, что влияет на обмен азота, фосфора, углерода и серы (Киреева, Новоселова и др., 2001). Устойчивые изменения в активности некоторых почвенных ферментов могут использоваться в качестве диагностических показателей загрязнения почв нефтью. Удобна для этой цели группа ферментов, объединяемых под общим названием почвенные уреазы. Во-первых, они меньше подвержены воздействию других экологических факторов и, во-вторых, прослеживается четкая зависимость их активности от степени загрязнения почв.

Применение микроорганизмов для оценки интегральной токсичности почвы и создание на их основе комплексной системы чувствительных, достоверных и экономичных биотестов является перспективной областью исследований. Многие физиологические группы почвенных микроорганизмов проявляют чувствительность по отношению к нефтяным углеводородам.

Общая численность микроорганизмов, как правило, достаточно четко отражает микробиологическую активность почвы, скорость разложения органических веществ и круговорота минеральных элементов. На основании данного показателя можно не только судить о степени загрязненности почвы нефтью, но и о ее потенциальной способности к восстановлению, а также о процессах разложения нефти в естественных природных условиях и при рекультивации загрязненных почв.

Нефтяное загрязнение может также способствовать накоплению в почве микроскопических грибов, вызывающих заболевания растений и фитотоксины. Последнее обстоятельство играет немаловажную роль при разработке мероприятий по фитомелиорации нефтезагрязненных земель.

Непосредственное воздействие нефти на растительный покров в том, что замедляется рост растений, нарушаются функции фотосинтеза и дыхания, отмечаются различные морфологические нарушения, сильно страдают корневая система, листья, стебли и репродуктивные органы. Оперативную информацию о фитотоксичности загрязненной почвы можно получить, используя в качестве тест-объектов семена и проростки растений. Для удобства постановки тестов на токсичность семена подбирают по размерам и скорости их прорастания. Часто используют семена редиса, кресс-салата, кукурузы, зерновых. В качестве тест-функции выступают показатели всхожести семян, дружности и времени появления всходов, скорости удлинения проростков, последний из которых считается наиболее чувствительным.

В природных экосистемах почвенные беспозвоночные широко используются для мониторинга на уровне комплекса видов.

Набор тест-объектов из семян растений, микроорганизмов, почвенных беспозвоночных и ферментов можно использовать как в полном объеме, так и частично, в зависимости от целевого назначения исследований и степени нефтяного загрязнения почвы. Если пробы с почвенными ногохвостками и активность ферментов дают хорошую количественную характеристику токсичности почвы при низкой и средней степени ее загрязнения, то микробиологические тесты удобны для описания состояния сильнозагрязненных высокотоксичных почв.

http://biofile.ru/bio/22440.html

http://payroll-rus.ru/r_e_f_e_r_a_t_y_p_o_g_e_o_l_o_g_i_i/d_i_p_l_o_m_n_a_ya_r_a_b_o_t_a_s_p_o_s_o_s3.php

Оценки загрязнения почв.

В Нидерландах и Германии для оценки загрязнения почв химическими веществами, в том числе и минеральными маслами, приняты три уровня, в зависимости от которых необходимо проведение тех или иных мероприятий по охране окружающей среды.

В качестве исходного уровня для оценки загрязненности почв принята система «фоновых уровней» (reference). Они представляют собой региональный фон содержания токсичных элементов и веществ, характерный для территории страны, и численно представляют сигнальный уровень 1 (содержание нефтепродуктов 0,01 мг/г). Уровень 2 – это повышенное загрязнение (1 мг/г), которые требует наблюдения за динамикой загрязнения и устранения причины загрязнения и которое можно считать уровнем, выше которого почвы считаются «грязными». При сигнальном уровне 3 (содержание нефтепродуктов 5мг/г) требуется очистка почв и грунтов.

В России согласно «Инструкции по рекультивации земель, нарушенных и загрязненных при аварийном и капитальном ремонте магистральных нефтепродуктов» (РД 39-00147105-006-97) выделяют две степени загрязнения:

• Умеренная, при которой загрязнение может быть ликвидировано путем активации процессов самоочищения агротехнических приемами (внесение удобрений, поверхностной обработки и глубоким рыхлением и т.д.)

• Сильная, при которой загрязнение может быть ликвидировано путем проведения специальных мероприятий, способствующих созданию аэробных условий и активизации углеводородокисляющих процессов.

http://www.alppp.ru/law/okruzhayuschaja-sreda-i-prirodnye-resursy/ispolzovanie-i-ohrana-zemli/12/instrukcija-po-rekultivacii-zemel-narushennyh-i-zagrjaznennyh-pri-avarijnom-i-kapitalnom-r.html

http://www.businesspravo.ru/Docum/DocumShow_DocumID_81978.html

II.I.4. Влияние нефти на водные объекты.

Для полного окисления 1 л нефти требуется кислород, содержащий в 400 тыс. л воды при летнем содержании в речной воде 7-8 мг/л. Зимой подо льдом кислорода вдвое меньше, в этих условиях 1 л нефти полностью загубит не менее 1 млн. л воды. Оставшаяся в воде и осевшая на дно нефть долго отравляет водоемы. Кроме того, она захватывает и концентрирует другие загрязнители - тяжелые металлы, пестициды.

II.I.5. Влияние нефти на растения

Негативное действие нефти на растения слагается из ее прямого токсического действия, ухудшения водного режима, воздушных свойств почв, объедения ее элементами минерального питания, фитопатогенного и фитотоксического действия грибной микрофлоры почвы. Степень и продолжительность ингибирования определяются дозой попавшей в почву нефти, почвенно-климатическими особенностями загрязненного участка, устойчивостью растения к действию ксенобиотика. Наиболее выражено и продолжительно действие нефти на дерново-подзолистых почвах, в общем характерные для зоны широколиственных лесов и характеризуются наиболее широким распространением в России (около 15 %).

Нефть, обладая контактным гербицидным действием, повреждает те части растений, которые замазучены. Отмирание многолетников происходит после загрязнения корневищ, от которых они ежегодно возобновляются.

При попадании нефти на лесную подстилку и мохово-лишайниковый покров происходит резкое сокращение обилия лишайников и всходов сосны и кедра. При этом кустарнички и травы уже на второй год после разлива восстанавливают временно усохшие надземные органы.

Из растений быстрее всего восстанавливаются травы. В качестве пионерных видов на старых разливах встречаются рогоз, ситник лягушачий, осоки, частуха, череда, ситняг, канареечник, вейник, кипрей болотный, иван-чай, пушица (за 3-5 лет).

http://www.za4et.net.ru/referat/sqtso

http://www.char.ru/218/127746.htm