Введение к работе
Актуальность темы.
Углеводороды (УВ) поступают в почву в местах добычи, переработки, транспортировки, хранения и использования нефти и нефтепродуктов. Согласно данным Пиковского, о загрязнении почвы может идти речь при содержании УВ более 0,05% вес. (Пиковский, 1993). Даже в низких концентрациях они смещают показатели микробиологической активности почв, обедняют разнообразие микробиоты (Гафарова, Зарипова, 2005, Киреева, 2009). Любое количество УВ в почве ингибирует процесс нитрификации (Киреева и др., 2001). Продукты трансформации УВ способны образовывать токсичные соединения, опасные в концентрациях порядка 10-4% (Пиковский, 1993, Бурмистрова и др., 2003). УВ, проникшие в мелкие поры или связанные органоминеральными комплексами почв, остаются недоступными для технологической очистки. В этом случае предпочтительной является стимуляция естественной способности почв к самоочищению. Основным процессом самоочищения от большинства углеводородов нефти является биодеградация (обзор Salanitro, 2001). Наиболее активное окисление органики происходит в местах одновременного контакта с воздухом и водой (Каменщиков, Богомольный, 2005). В разных почвах величины, примерно равные влажности разрыва капилляров, считаются наиболее благоприятными для микробного окисления УВ (Киреева и др., 2001). Математическое описание деградации УВ в связи с влажностью почвы развито неполно. Существующие модели деградации далеко не всегда оснащены экспериментальными данными, поэтому проверить их адекватность не представляется возможным.
Цель работы – исследование динамики деградации низкотоксичного УВ в почве на примере н-тридекана.
Для достижения цели решались конкретные задачи:
-
Экспериментальное исследование влияния землевания на интенсивность разложения тридекана.
-
Экспериментальное исследование влияния влажности почвы на динамику остаточного содержания тридекана.
-
Построение математической модели разложения УВ в почве на базе физически обоснованной гипотезы.
-
Идентификация параметров модели для вариантов эксперимента.
Научная новизна и теоретическая значимость:
1. Впервые экспериментально исследовано влияние влажности на разложение тридекана в почве.
2. Обнаружен автоколебательный характер скорости разложения тридекана.
3. Обнаружен положительный эффект землевания при разложении н-тридекана в почве.
4. Предложена математическая модель разложения тридекана в условиях различной влажности почвы.
Практическая значимость результатов исследований. Построенная математическая модель позволяет прогнозировать динамику самоочищения почвы от н-алканов, а также эффективно выбирать способы управления этим процессом.
Апробация. Основные положения диссертации докладывались и обсуждались на всероссийских конференциях: Биосферные функции почвенного покрова (г. Пущино, 2010), Окружающая среда и устойчивое развитие регионов. (г. Казань, 2009), Современные аспекты экологии и экологического образования (г. Казань, 2005); Фундаментальные физические исследования в почвоведении и мелиорации (г. Москва, 2003); 5-й,6-й и 7-й Пущинских школах – конференциях Биология – наука 21-го века (г. Пущино, 2003, 2002, 2001); международных конференциях: Проблемы биодеструкции техногенных загрязнителей окружающей среды (г. Саратов, 2005), Современные методы эколого-геохимической оценки состояния и изменений окружающей среды (г. Новороссийск, 2003), 6-th Internat. Symp. & Exhib. on environmental contamination in Central & Eastern Europe and Commonwelth of Independent States (г. Прага, 2003), 6-th and 7-th In-situ and on-site bioremediation Symp. (США, г. Орландо, 2003, г. Сан-Диего, 2001), конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Ломоносов-2002» (г. Москва, 2002), 4-м симпозиуме Новые и нетрадиционные растения и перспективы их использования (г. Пущино, 2001).
Личное участие автора. Автор провел анализ литературных данных, поставил и выполнил эксперименты, получил и проанализировал их результаты, подобрал параметры математической модели, участвовал в их идентификации и анализе чувствительности.
Положения, выносимые на защиту:
1. Землевание незагрязненной почвой ускоряет разложение н-тридекана по сравнению с контролем без землевания.
2. Интенсивность деградации тридекана возрастает с повышением уровня увлажнения почвы от влаги завядания до наименьшей влагоемкости.
3. Скорость деградации тридекана падает до нуля при незавершенном процессе, после чего возрастает, без изменения условий эксперимента.
4. Математическая модель самоочищения почвы от н-алканов нефти с предложенной функцией ингибирования разложения тридекана позволяет получить характерную ступенчатую динамику концентрации УВ, качественно совпадающую с экспериментальной.
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 19 научных работ, в том числе 3 статьи в журналах (из них 2 в изданиях, рекомендованных ВАК Министерства образования и науки РФ), 8 в сборниках материалов и трудов конференций, 8 тезисов докладов конференций и симпозиумов (из них 3 – за рубежом).
Объем и структура диссертации: Работа изложена на 113 страницах машинописного текста, содержит 12 таблиц, 16 рисунков. Состоит из введения, 4 глав, выводов и списка литературы из 205 наименований, в том числе 97 на иностранных языках.