В современном мире не редки случаи аварийных разливов нефти, которые крайне негативно влияют на почвенные покровы (грунты), поверхности вод, прибрежные зоны рек и других водоемов. В условиях Крайнего Севера пагубность последствий загрязнений нефтью и нефтепродуктами становится еще более ощутимой из-за низких температур, ледового режима и плохой способности мерзлых почв к самоочищению. Поэтому самовосстановление северных земель после разливов занимает минимум 50 лет [3].
Применение биотехнологических приемов – в частности, внесения в загрязненную почву биопрепаратов, содержащих углеводородокисляющие микроорганизмы (УОМ), - позволяет значительно ускорить деградацию нефтепродуктов до экологически безопасного состояния и усилить естественные процессы восстановления грунтов.
Основой для создания такого бактериального препарата служат наиболее активные штаммы микроорганизмов-деструкторов нефти, которые естественным путем приспособились к нефтезагрязненной среде обитания и, следовательно, перерабатывают нефть и ее продукты в воду и углекислый газ. Препарат обычно включает также необходимые питательные вещества, стимуляторы ферментативной деятельности штаммов, а иногда сорбент, обладающий высокой сорбционной емкостью [1].
Целью исследования являлось изучение влияния условий применения углеводородокисляющего микробиологического препарата «Ленойл»®–NORD на степень биодеградации нефти в почвах Крайнего Севера и оценка его эффективности при отрицательных и низких положительных температурах окружающей среды.
Объектом исследования является искусственно загрязненная нефтью тундрово-глеевая почва, отобранная в месте пролегания межпромыслового нефтепровода «Южное Хыльчую – Варандей» на территории Ненецкого автономного округа (НАО) вблизи побережья Баренцева моря.
Материалы и методы исследования. Для проведения испытаний были заложены опытные делянки с привезенной почвой площадью 0,25 м2 на открытой местности в г. Архангельск (приравнен к условиям Крайнего Севера), с целью имитации климата НАО в зимний период.
Определение содержания нефтепродуктов в почве проводили в соответствии с ПНД Ф 16.1:2.2.22-98 «Количественный химический анализ почв. Методика выполнения измерений массовой доли нефтепродуктов в минеральных, органогенных, органоминеральных почвах и донных отложениях методом ИК-спектрометрии» с помощью анализатор нефтепродуктов «Концентратомер КН-3».
В опытах использовали товарную нефть – смесь нефтей с различных месторождений северной части Тимано-Печорской нефтегазоносной провинции.
Условия применения биопрепарата «Ленойл»®–NORD указаны следующие: температуры +3…+45ºС, кислотность почвы в пределах 4,5…9,5, концентрация загрязнения до 50%. Также производитель рекомендует данный биопрепарат использовать для озимого внесения [2].
Методика исследования. Тундрово-глеевую почву, привезенную и подготовленную для воздействия в оборудованных ячейках, загрязнили нефтью до концентраций 10000 мг/кг и 50000 мг/кг и оставили на неделю. Время проведения опыта – начало ноября, температура воздуха 0°С.
По истечении недели в загрязненную почву внесли биопрепарат под поверхностную обработку (рыхление, перекопка). Норма внесения биопрепарата в виде суспензии 100 г на 10 кг почвы при 1%-й концентрации нефтезагрязнения и 200 г на 10 кг почвы при 5%-й концентрации нефтезагрязнения. Титр живых клеток в биопрепарате 1·108 КОЕ/г. Биопрепарат наносили однократно в начале ноября при температуре воздуха +4°С. Далее почву никак не обрабатывали – так достигался эффект естественных условий при рекультивации аварийных разливов на северных нефтепроводах.
Продолжительность опыта 5 месяцев (ноябрь-март). Отборы проб для анализов на содержание нефтепродуктов в почве проводились перед внесением в почву биопрепарата и по завершении эксперимента в конце марта.
Результаты исследований представлены в таблице 1 и на рисунке 1.
Таблица 1.
Определение остаточного нефтезагрязнения
Вариант опыта |
Время проведения |
Содержание нефтепродуктов, г/кг |
Степень деградации, % |
1% (контроль) |
Ноябрь - март |
9,50 |
5,0 |
1% + биопрепарат |
7,14 |
28,60 |
|
5% (контроль) |
48,10 |
3,80 |
|
5% + биопрепарат |
38,55 |
22,90 |
Эффективность нефтедеструкции за весь период исследований (ноябрь - март) при озимом внесении биопрепарата «Ленойл»®–NORD составила 28,6% при 1%-й концентрации нефтезагрязнения и 22,9% при 5%-й концентрации нефтезагрязнения.
(к) – контрольный образец; БП - биопрепарат
Рисунок 1. Содержание нефти в почвах до озимого внесения
биопрепарата и спустя 5 месяцев
Деструкция в контрольных почвенных образцах, не обработанных биопрепаратом, составила всего лишь 4-5% за тот же промежуток времени. При этом дней с положительными температурами воздуха в исследуемом периоде было крайне мало (18 дней со среднесуточной температурой более +3°С).
Поэтому можно отметить хорошую способность УОМ к сохранению жизнеустойчивости при низких температурах и возобновление их метаболической активности при оттаивании почвы, что позволяет применять биопрепарат вне периода вегетации в труднодоступных районах, в отсутствие подъездных путей к месту аварии в зимнее время.
Относительно низкие показатели деструкции в данном случае обусловлены:
- несоблюдением инструкции применения «Ленойл»®–NORD, в которой производителями указана 3-х кратная ежемесячная обработка загрязненного участка. В проводимом опыте же препарат вносили лишь один раз с целью моделирования процесса рекультивации аварийного разлива при отсутствии вмешательства человека после нанесения суспензии;
- значительное снижение активности аборигенных УОМ и микроорганизмов в составе биопрепарата из-за зимних северных температур в сочетании с очень низкой способностью почвы к самоочищению;
- ограниченность времени проведения опыта. Очевидно, что при дальнейшем исследовании в летний период наблюдалось бы значительное ускорение деградации нефти за счет воздействия рабочего диапазона положительных температур, что позволило бы всесторонне оценить результат.
Тем не менее, снижение уровня загрязнения до 1,4 раз при озимом однократном внесении без последующего вмешательства человека можно считать показательным при оценке эффективности бактериального препарата «Ленойл»®–NORD для очистки нефтезагрязненных земель Крайнего Севера, в частности, для ликвидации аварийных разливов углеводородов на труднодоступных участках северных нефтепроводов.
Список литературы
- Иларионов С. А. Экологические аспекты восстановления нефтезагрязненных почв : монография / С. А. Иларионов ; УрО РАН. - УрО РАН, 2004. – 192 с.
- Ленойл»®–NORD, СХП [Электронный ресурс]. – URL: http://biomedhim.ru/page_lenoil_nord1 (дата обращения: 27.02.23).
- Маркарова, М. Ю. Использование углеводородокисляющих бактерий для восстановления нефтезагрязненных земель в условиях Крайнего Севера: дис. … канд. биол. наук : 03.00.07 / Маркарова Мария Юрьевна ; ИБ ФИЦ Коми НЦ УрО РАН ; науч. рук. С. А. Иларионов. - Пермь, 1999. - 156 с