Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Экологическое состояние почв при загрязнении нефтепродуктами 8
1.1 Антропогенная трансформация свойств нефтезагрязненных почв.. 8
1.2 Влияние природных факторов на самоочищение нефтезагрязненных почв 17
1.3 Биорекультивация нефтезагрязненных почв - актуальная проблема в условиях пахотных почв лесостепи 21
Глава 2. Условия и методы исследований 30
2.1 Характеристика условий и методика исследований 30
2.2 Агроклиматические и метеорологические условия проведения исследований 47
2.3 Оценка принципов нормирования допустимого остаточного содержания нефти и нефтепродуктов 51
Глава 3. Динамика самоочищения серой лесной почвы под воздействием агротехнических мероприятий 63
3.1 Влияние агротехнических мероприятий на скорость деструкции нефти и дизельного топлива в серой лесной почве 63
3.2 Динамика выноса поллютантов с почвенно-грунтовыми водами при загрязнении серой лесной почвы нефтью и дизельным топливом 72
3.3. Изменения окислительно-восстановительного состояния нефтезагрязненной серой лесной почвы под влиянием агротехнических приемов 88
3.4 Динамика содержания подвижных форм азота, фосфора, калия 98
Глава 4. Комплексная оценка агроэкологии еского состояния нефтезагрязненной серой лесной почвы 108
4.1 Определение экологического состояния серой лесной почвы и окружающей природной среды под влиянием загрязнения нефтью и дизельным топливом 110
4.2 Комплексная оценка последействия остаточного загрязнения нефтью и дизельным топливом на показатели плодородия серой лесной почвы 118
Глава 5. Эколого-экономическое обоснование применения агротехнических реабилитационных мероприятий загрязненной нефтью серой лесной почвы 132
5.1 Расчет платы в возмещение ущерба от загрязнения серой лесной почвы нефтью и дизельным топливом 132
5.2. Рекультивация земель при нарушении целостности магистрального нефтепровода 136
Выводы 147
Список литературы 150
Приложение 168
Список сокращений 181
- Влияние природных факторов на самоочищение нефтезагрязненных почв
- Оценка принципов нормирования допустимого остаточного содержания нефти и нефтепродуктов
- Влияние агротехнических мероприятий на скорость деструкции нефти и дизельного топлива в серой лесной почве
Введение к работе
Актуальность исследований. Одной из приоритетных экологических проблем является загрязнение почвенного покрова нефтью. Нефть и нефтепродукты относятся к наиболее опасным и чрезвычайно распространенным загрязнителям природной среды. Магистральные нефтепроводы являются линейно - протяженными объектами. Для таких объектов в процессе эксплуатации нельзя исключать возможность аварийных ситуаций, при которых экологическое влияние трубопровода носит комплексный характер. Поэтому исключительно актуальна оценка при отказе оборудования - загрязнение в системе: «почва - подземные воды».
Оценка влияния нефтепродуктов на экосистемы теснейшим образом связана с проблемой их миграции - закрепления в почвах, так как миграционные характеристики поведения данных поллютантов в почвенных системах - основа прогноза последействий загрязнения природной среды, разработки необходимых решений по ее защите при аварийных выбросах.
В настоящее время в связи со значительной интенсификацией добычи нефти и производства нефтепродуктов большие масштабы приобретает процесс отторжения земель из сельскохозяйственного использования. При повреждении трубопроводов и вследствие утечек через неплотности оборудования происходит локальное загрязнение почвы нефтью и нефтепродуктами. Естественное самоочищение почв от нефтяного загрязнения является длительным процессом, продолжающимся от нескольких лет до нескольких десятилетий. В связи с этим проблема рекультивации нефтезагрязненных почв весьма актуальна. По этим причинам исследования по вопросу изучения свойств загрязненной серой лесной почвы углеводородами нефти приобретают особенно научную и практическую значимость на региональном уровне.
Цель и задачи исследований. Цель исследований - изучить степень деградации экосистемы при загрязнении серой лесной почвы нефтью и нефтепродуктами, процессы их естественного восстановления и разработать приемы их комплексной рекультивации, способствующие сокращению периода восстановления плодородия и получению экологически чистой продукции. Для реализации указанной цели были поставлены следующие задачи: изучить влияние поллютантов на агроэкологическое состояние, процессы динамики и самоочищения нефтезагрязненной серой лесной почвы по скорости деструкции нефти и дизельного топлива, а также выносу нефтепродуктов, сернистых соединений, металлов с лизиметрическими водами при различных условиях увлажнения; определить окислительно-восстановительный режим нефтезагрязненной серой лесной почвы в зависимости от ее увлажнения и внесения химмелиорантов; оценить влияние загрязнения серой лесной почвы нефтью и дизельным топливом на потерю и восстановление естественного плодородия по агрохимическим показателям и микробиологической активности; дать обоснование допустимого остаточного содержания нефти и нефтепродуктов в серой лесной почве по результатам комплексной агроэкологической оценки; изучить влияние загрязнения и рекультивации на продуктивность и качество сельскохозяйственных культур и оценить экологический ущерб от деградации серой лесной почвы; разработать обоснованные рекомендации по рекультивации нефтезагрязненных почв, способствующие оздоровлению экологической ситуации.
Научная новизна работы.
Заключается в теоретическом и экспериментальном обосновании влияния увлажнения почвы на улучшение пищевого, микробиологического, окислительно-воссстановительного режимов загрязненной нефтью и дизельным топливом серой лесной тяжелосуглинистой почвы и продолжительность восстановления ее естественного плодородия и получение качественной сельскохозяйственной продукции.
Впервые определены: динамика миграции нефтепродуктов по почвенному профилю серых лесных почв и в почвенно-грунтовые воды; агроэкологическое состояние серой лесной почвы, находящейся в сельскохозяйственном использовании при незначительном загрязнении ее нефтью и дизельным топливом; агротехнические мероприятия с применением отходов сельскохозяйственного происхождения (солома, листовые опады и пр.), способствующие восстановлению деградированных и загрязненных нефтепродуктами и нефтью серых лесных почв в южной части Нечерноземной зоны Российской Федерации. допустимый остаточный уровень содержания нефти и нефтепродуктов в серой лесной почве после проведения рекультивации, при котором не происходит снижения урожая, его качества и интенсивности естественного самовосстановления.
Практическая значимость.
Проведенные исследования по оценке экологического состояния загрязненной нефтью и нефтепродуктами серой лесной почвы и разработанные агротехнические мероприятия, направленные на биологизацию земледелия, позволяют корректировать подходы к оценке потери плодородия почв.
Результаты исследований могут быть использованы при организации экологического контроля и мониторинга на магистральных нефтепродуктопроводах, перекачивающих станциях и в целом на производственно-технических системах за состоянием природной среды и при принятии решений управленческого характера. Выявленные факторы миграции и трансформации поллютантов в системе «почва - грунтовые воды» важны для целей всесторонней оценки влияния техногенеза на природную среду и, в частности, возможности загрязнения природных вод нефтью и нефтепродуктами. По результатам, полученным при проведений полевых лизиметрических опытов, разработаны рекомендации, которые используются природоохранными, водохозяйственными и проектными организациями (Управление «Рязаньмелиоводхоз», ОАО «Институт «Рязаньагроводпроект». Основные защищаемые положения.
1. Агроэкояогическое состояние серой лесной почвы при слабой степени загрязнения нефтью и дизельным топливом (2 г/кг почвы) не подвергается значительным негативным изменениям, что позволяет принять данный уровень за допустимое остаточное содержание этих загрязнителей в ирчве после проведения рекультивационных и иных восстановительных работ.
2. Самоочищение серой лесной почвы, загрязненной нефтью и дизельным топливом, происходит интенсивнее при антропогенном воздействии, включающем элементы адаптивно-ландшафтной системы земледелия, что позволяет рекомендовать проведение поливов и внесение органических удобрений с почвовосстановительной целью.
3. Проведение комплексных рекультивационных мероприятий агроэкологической направленности, основанных на необходимости осуществления биологизации земледелия, позволяет скорректировать размеры ущерба от деградации почв в условиях загрязнения нефтью и нефтепродуктами. Апробация работы.
Основные положения диссертационной работы доложены и обсуждены на заседаниях кафедры агрономического факультета, на научно-практических конференциях Рязанской государственной сельскохозяйственной академии (1998-2001гг.); научно-практической конференции «Проблемы экологии и развития пчеловодства в России» (Рыбное, 1999 г.); межрегиональной научно-практической конференции «Экологическая безопасность и устойчивое развитие регионов» (Рязань, 1999г.); Международной научной конференции (Костяковские чтения) «Экологические проблемы мелиорации» (Москва, 2002г.).
Структура и объем диссертации.
Содержание работы изложено на 168 страницах машинописного текста.
Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав, выводов, списка литературы и приложений. Материалы диссертации проиллюстрированы 29 таблицами и 18 рисунками. Библиографический указатель содержит 188 источников, в том числе 13 иностранных.
Автор настоящей работы выражает благодарность за помощь в проведении исследований, научные консультации и ценные советы Ю.А. Мажайскому, В.Н. Блохину; сотрудникам МФ ГНУ ВНИИГиМ : Т.К.Никушиной, И.Ю. Давыдовой, В.Ф. Евтюхину, В.А.Игнатенок.
Влияние природных факторов на самоочищение нефтезагрязненных почв
Нефть, попадая на земную поверхность, как отмечает М.Ю. Гилязов [1999], оказывается в качественно новых условиях существования: из сугубо анаэробной обстановки с очень замедленными темпами геохимических процессов она попадает в аэрируемую среду. В естественных условиях самоочищения почвы нефть быстро теряет низкомолекулярные алканы и легколетучие ароматические вещества.
Главным окисляющим агентом в условиях земной поверхности является молекулярный кислород. В то же время, дыхание почв чутко реагирует на нефтяное загрязнение. В первый период, когда микрофлора подавлена большим количеством углеводородов, интенсивность дыхания почвы несколько снижается. С увеличением численности микроорганизмов интенсивность дыхания возрастает [Исмаилов, 1982,1985].
Из абиотических факторов на процессы разложения нефти главную роль играет ультрафиолетовое излучение. Фотохимические процессы протекают в основном на поверхности почвы. Внутри почвенного профиля фотохимические процессы практически не идут [Глазовская, 1981]. М. А. Глазовская [1985] отмечает, что для каждого ландшафтно-геохимического района необходимо знать природные механизмы самоочищения, факторы, ускоряющие этот процесс, количественные критерии, характеризующие разные стадии изменения нефти, а также скорость восстановления последних.
Наземные экосистемы и их составляющие компоненты — почвы, растительность и животные - тесно связаны с климатом как непосредственно по прямодействующим факторам тепла, света и влаги, так и косвенно через воздействие рельефа, геологических и гидрологических условий. Экосистемы формируются в условиях зонального макроклимата, местного климата, микроклимата ифитоклимата местообитания. Рельеф влияет на структуру условий увлажнения почв и перераспределения поверхностных почвенных и грунтовых вод и снега, на направление геохимичеких потоков и вынос их на поверхность [Виноградов, 1998]. Рельеф территории имеет большое значение для процессов перемещения и трансформации нефти и нефтепродуктов. Почвообразующие породы данной территории, определяющие гранулометрический состав почв влияют на нефтепроницаемость, которая обусловлена размерами и формой пор, расположением частиц грунта, наличием и размерами капилляров, трещин и корневых ходов. В верхних горизонтах почв вследствие значительного объема порово-трещинного пространства происходит главным образом фронтальное просачивание нефти, которая может почти полностью насыщать массу этих горизонтов, тогда как интенсивность проникновения нефти в более глубокие горизонты зависит от их гранулометрического состава. В случае переслаивания грунтов разного гранулометрического состава резко падает интенсивность радиальной миграции нефти вследствие неодинакового капиллярного давления в слоях, что обуславливает возникновение энергетического барьера [Солнцева, 1998].
В Нечерноземной зоне условия разложения и рассеяния органических загрязняющих веществ существенным образом различаются по ландшафтно-геохимическим районам. На юге Нечерноземной зоны, где распространены выщелоченные и оподзоленные черноземы, а также серые лесные почвы, которые в основном распаханы, очень велика опасность переноса загрязнителей с поверхностным и внутрипочвенным стоком в местные низменности и водоёмы [Глазовская, 1979]. Этому обстоятельству способствуют расчлененный рельеф, преобладание почв тяжелого гранулометрического состава. Темп разложения органических загрязнителей в заболоченных и болотных почвах намного ниже, чем на незаболоченных территориях, что связано с понижением микробиологической активности, обусловленной неблагоприятным водным режимом и окислительно-восстановительными условиями. Наиболее значительное влияние на трансформацию нефти и нефтепродуктов в почвах оказывает климат. Это влияние связано с особенностями теплового и водного режимов почвы, её биологическими показателями, определяющими направленность и интенсивность всех физических, химических и биологических процессов, протекающих в почве, в том числе и трансформации нефти.
Важным фактором в разложении нефти является температура. Согласно правилу Вант-Гоффа, с повышением температуры на каждые 10С скорость химических реакций возрастает в 2-3 раза. Оптимальной температурой для нефтеокисляющих микроорганизмов является 25-30С, при 20 С активность бактерий снижается в 2-3 раза, при 10 С в 4-6 и при 5 С практически отсутствует [цитировано по Гилязову, 1999]. Следовательно, при увеличении температуры почвы разложение нефти и нефтепродуктов будет происходить быстрее. В свою очередь, температура является основным показателем теплового режима почвы, который характеризует тепловое состояние почвы и определяется преимущественно радиационным балансом местности. Радиационный баланс изменяется в зависимости от широты местности и времени года. В тундре среднегодовые значения радиационного баланса составляют 20 ккал/см2, в южной тайге — 30-40 ккал/см2, в черноземной зоне -30-50 ккал/см2, в тропиках превышает 75 ккал/см2 [Добровольский, Урусевская, 1984]. Внутри каждой широтной зоны наблюдаются различия радиационных и тепловых условий местности в зависимости от континентальности, рельефа, растительности и в силу других причин. На температуру почвы также оказьюают влияние свойства почвы (гранулометрический и минеральный состав, окраска, влажность). Поэтому внутризональные природные различия имеют большое значение при разложении органических загрязнителей в почве.
Промёрзшая почва остаётся практически непроницаемой для нефти и просачивание её начинается по мере оттаивания [Гилязов, 2000]. Хотя Н.П.Солнцева [2002] уточняет, что в условиях криозоны процессы передвижения минеральных и органических компонентов нефти происходят в мёрзлых грунтах вследствие сохранения пленок незамерзшей воды, которая остается подвижной в течение всего холодного периода.
Водный режим почвы, определяемый климатом, рельефом и литологией материнских пород, оказывает огромное влияние на процессы разложения, миграции и накопления нефти в почве. Во-первых, чем сильнее увлажнена почва, тем меньше возможность внутрипочвенного закрепления нефти и тем выше активность ее радиального и латерального перемещения, включая поверхностный смыв [Солнцева, 1998]. Во-вторых, при оптимальном соотношении тепла и влаги в почве биохимическая трансформация органических загрязнителей происходит активнее. Е.А. Бусыгин [1986] в своих исследованиях показал, что при загрязнении почв пойменного луга нефтью от 6 до 48 л/м2, повышенная влажность почвы (80% ГШВ) стимулировала развитие сине-зелёных водорослей. Хотя при загрязнении и переувлажнении нефтесодержащими водами в почвах формируются контрастные геохимические барьеры, на них накапливаются легкорастворимые соли и тяжелые металлы [Журавель, 1998], а также битуминозные вещества [Солнцева, 1980].
Характер влияния нефтяного загрязнения и особенности самоочищения почв в разных почвенно-климатических зонах определяется свойствами загрязненной почвы, главным образом её естественной буферностью. Почвы с высокой буферной ёмкостью менее резко реагируют на загрязнение. При этом ингибирующее действие нефти на инвертазную активность более четко прослеживается в серой лесной по сравнению темно-серой лесной почвой [Киреева, 1998].
Очевидно, что эти деградационные процессы при сходных условиях могут протекать и в других природных зонах. Например, по данным А.Г. Ахмедова и других авторов [1982], автоморфные светлые серо-коричневые почвы сухих субтропиков трансформируются в гидроморфные аналоги, подвергаясь олуговению и вторичному глеегенезу под влиянием дополнительного поступления влаги с пластовыми водами, а также нефти. .
Оценка принципов нормирования допустимого остаточного содержания нефти и нефтепродуктов
Законодательство Российской Федерации однозначно обязывает предприятия, объединения, организации и граждан, ведущих сельское хозяйство выполнять комплекс мер по охране почв от загрязнения химическими веществами и от других факторов, ухудшающих состояние окружающей природной среды, причиняющих вред здоровью человека. На основе комплексного подхода к угодьям как к сложным природным образованиям с учетом их зональных и региональных особенностей определяет необходимость предотвращения деградации и различных видов загрязнения почв, в том числе химического загрязнения. В данных документах предусматривается в обязательном порядке восстановление плодородия деградированных и загрязненных почв с учетом установленного нормирования экологической ситуации на реабилитируемых землях и компенсацию убытков, вреда и потерь сельскохозяйственного производства вследствие ухудшения качества земель [Конституция, Земельный кодекс, Закон РСФСР, Постановление, Положение, ГОСТ 17.5.1.01-83, Основные положения].
До сих пор при нормировании воздействия на окружающую природную среду и её отдельные компоненты главенствовал принцип антропоцентризма: "Защищен человек — защищены и экосистемы". Этому щ инципу соответствует санитарно-гигиеническое нормирование состояния окружающей природной среды. Однако человек - это не самый чувствительный из биологических видов, поэтому антропоцентрический подход к нормированию состояния всех экосистем нельзя считать исчерпывающим. В тоже время, не определены принципы нормирования состояния почв в агроэкоценозах с учетом её особенностей как средства сельскохозяйственного производства. Более того, не определены критерии агроэкологического состояния почвы при загрязнении химическими веществами, в том числе нефтью и нефтепродуктами.
Несмотря на актуальность вопроса нормирования допустимого остаточного содержания нефти и нефтепродуктов в почвах после проведения рекультивации, в России официально утвержденных нормативов до сих пор не существует. На практике часто используются временные нормативы, а также нормативы, определенные в стандартных лабораторных условиях. Такие реперные величины не отражают особенности региональных природно-хозяйственных условий, что влияет на эффективность восстановления нефтезагрязненных почв. В СССР был установлен лишь один норматив, определяющий допустимый уровень загрязнения почвы вредными химическими веществами — предельно допустимая концентрация для пахотного слоя почвы. Принцип нормирования содержания химических соединений в почве основан на том, что поступление их в организм происходит преимущественно через контактирующие с почвой среды. Основные понятия, касающиеся химического загрязнения почв, были определены ГОСТом 17.4.1.03-84[...]. Экологическое нормирование предполагает учет так называемой допустимой нагрузки на экосистему. Допустимой считается такая нагрузка, под воздействием которой отклонение от нормального состояния системы не превышает естественных изменений и, следовательно, не вызывает нежелательных последствий у живых организмов, в том числе на здоровье человека и не ведет к ухудшению качества среды и самоочищающей способности почвы [Израэль, 1984 , Беспамятное, 1985].
В некоторых ведомственных документах, разработаны ориентировочные уровни загрязненности почв нефтью для разных природных зон, регламентирующие проведение рекультивации земель, загрязненных нефтью вследствие выполнения работ по технологическим регламентам или аварийных ситуаций [РД 39-0147103-365-86, РД 39-00147105-006-97]. Например, в таежно-лесных районах показателем умеренной степени загрязнения земель нефтью является содержание остаточной нефти в гумусовом горизонте почвы в первые недели после загрязнения в количестве 3% ( 30000 мг/кг). Показатель сильной степени загрязнения почв нефтью для этой зоны - 3 % ( 30000 мг/кг), умеренной степени загрязнения в тундре - 0,5-1,0%, в лесостепи и степи - 6%; сильной степени загрязнения - 1% и 6%, соответственно.
В других регионах при нормировании антропогенной нагрузки на почву следует учитывать тип категории нефтезагрязненных земель. Временный регламент приемки рекультивируемых земель установил дифференцированные значения допустимого содержания нефти в почве - 500 мг/кг для сельхозугодий, 1000 мг/кг для лесных территория и 3000 мг/кг для промплощадок [Временный..., 1995], а в некоторых других областях установили допустимый предел загрязнения почвы нефтепродуктами на промплощадках на уровне 2000 мг/кг. Следовательно, указанные подходы к нормированию загрязнения почвы нефтепродуктами отражают ведомственный или гигиенический подход и не могут в полной мере отвечать принципам экологического нормирования. Это обстоятельство объясняется тем, что, несмотря на наличие общих черт внутрипочвенной деградации нефти в почвах различных типов и биоклиматических зон (снижение содержания нефти в результате физико-химических и микробиологических процессов ее минерализации, перевода в нерастворимые или малоподвижные формы), скорость естественного самоочищения почв сильно различается в зависимости от конкретного сочетания факторов почвообразования, а также состава нефти или нефтепродуктов.
Большой интерес в отношении зонально-регионального подхода к экологическому нормированию представляет опыт зарубежных исследователей по выявлению допустимого содержания нефти в почвах. В ряде обзоров [Ellis, Adams, 1961; McgiU, 1977] приводятся данные разных стран по установлению безопасных пределов содержания нефти и нефтепродуктов в почвах. Они существенно различаются из-за местных почвенно-климатических условий. В среднем безопасный уровень содержания нефти в почве составляет 1 г/кг, начало серьезного ущерба - около 2 г/кг, прекращение роста растений отмечалось при около 3,5 г/кг почвы. В таблице 7 представлены ориентировочные нормативы содержания нефтепродуктов в поврежденных почвах, подлежащих рекультивации.
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 природной среды [Рачевский, 1980]. 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. Согласно этой классификации, проведение мероприятий по очистке почв и грунтов от нефтепродуктов предусматривается при концентрации нефтепродуктов от 5 г/кг и выше, что закреплено в соответствующих нормативных актах.
Влияние агротехнических мероприятий на скорость деструкции нефти и дизельного топлива в серой лесной почве
Для почв одной и той же природной зоны характерна примерно одинаковая теплообеспеченность, но они могут резко различаться по условиям увлажнения и водному режиму [Добровольский, 1984]. Для процессов самоочищения нефтезагрязненных почв важнейшее значение имеет состояние почвенной микробиоты, которое, в первую очередь, регулируется тепловым и водно-воздушным режимом почвы.
Так как микроорганизмы развиваются при определенной влажности почвы, избыток или недостаток воды отражается на аэрации почвы и, тем самым, на интенсивности развития почвенной микробиоты и формировании определенных групп микроорганизмов.
Доступность воды микроорганизмам зависит от степени связанности молекул воды и выражается через показатель активности воды (aw), то есть отношение давления пара над раствором к давлению пара над чистой водой. Для свободной воды aw=l. При снижении aw развитие микроорганизмов замедляется: «пределы aw для бактерий - 0,95 (для экстремальных галофилов -0,75 , для актиномицетов - 0,80, грибов - 0,65)» [Бабьева, Зенова, 1989].
По данным М.А.Глазовской [1979], на Юге Нечерноземной зоны органические загрязнители, в том числе нефть и продукты её переработки, разлагаются гораздо медленнее при переувлажнении почв, что объясняется понижением микробиологической активности на фоне плохой аэрации и неблагоприятных окислительно-восстановительных условий. Очевидно, что основным фактором самоочищения нефтезагрязненной почвы является подвижность свободного кислорода в пористой среде. При переувлажнении почв вообще и на фоне нефтяного загрязнения особенно, когда вода и нефть заполняют пористое пространство почвы, этот показатель резко снижается. Данное положение подтверждается математической моделью, созданной рядом авторов [Wu et. al., 1990], которая описывает перенос загрязнителя в пористой среде на фоне сорбции загрязнителя на поверхности твердой фазы почвы и потребления микроорганизмами. Модель состоит из трех дифференциальных уравнений вида:
dc/dt=Pid2C/dx2-P2dC/dx+f, (3.1)
где С - концентрация мобильного вещества (загрязнителя, Ch или микробной биомассы), t - время, х - глубина, Pi и Рг - коэффициенты диффузионного рассеивания и конвекции, f - слагаемое, описывающее химическое превращение С (потребление загрязнителя или Ог, рост и элиминирование микроорганизмов) в соответствии с кинетикой Михаэлиса-Menten.
Таким образом, при разработке системы агроэкологических почвоочистительных мероприятий для почв одной природной зоны следует учитывать, в первую очередь, необходимость оптимизации увлажнения почвы в целях улучшения условий развития микробиоты.
Другим важным фактором ускорения самоочищения нефтезагрязненной почвы является использование биологических методов активации микроорганизмов. Углеводородоокисляющие микроорганизмы минерализуют нефтепродукты до С02 и НгО или превращают их в соединения, утилизируемые другими группами микроорганизмов. Скорость и интенсивность окисления углеводородов микроорганизмами очень высока [Могилевский, 1965; Могилевский и др., 1970; Андрюсенко й др., 1969; Huntjens et. al., 1986; Исмаилов, 1988; Wang Xiaoping et. al, 1990]. Так за 1 год в почве перерабатывается около 30 - 40 % исходного количества нефти (22 л/кв. м), причем свойства нефтяных веществ значительно изменяются, приближаясь к составу гумуса, характерного для этого типа почв. В течение 9 месяцев восстанавливается нитрификация и численность всех системных и физиологических групп микроорганизмов, в том числе Candida, Aspergillus, Penicillum. [Ахмедов и др., 1982]. Другими исследованиями показано, что за период инкубации до 25 дней в лабораторных условиях в почве, с естественным содержанием нефти в результате её разлива 3,5 г/кг, происходит минерализация загрязнителя и выделение С02 со скоростью 1,08 мкг С/г . ч; внесение азотных удобрений ускоряет процесс деструкции загрязнителя [Huntjens et. al., 1986].
Рядом исследований установлены математические зависимости микробиальной деструкции нефти и нефтепродуктов в почве для различных загрязнителей и при биовосстанавливающих обработках. Согласно целого ряда исследований [Киреева и др., 1996; Huntjens et. al, 1986; Song Hong-Gyu et. al, 1990; Xu J.G. et. al, 1997] процесс разложения нефти и нефтепродуктов может осуществляться экспоненциально или стационарно в зависимости от условий экспериментов, где деструкция нефтяных углеводородов протекает при оптимальном (60 % от HUB) увлажнении почвы, поддерживаемом на протяжении всего опыта.
Однако в силу естественных причин, а также в соответствии с требованиями зональных систем земледелия, почвы сельхозугодий испытывают значительные колебания влажности. Кроме того, не всегда соблюдаются требования по биологизации земледелия. Несмотря на всю важность оценки влияния агроэкологического воздействия (регулирование увлажнения почвы и применение биологических методов) на самоочищение нефтезагрязненных почв в условиях агропромышленного производства, в том числе обрабатываемых серых лесных почв, этот вопрос до сих пор остается открытым. Не установлена и математическая зависимость влияния условий увлажнения при определенном уровне загрязнения нефтью и нефтепродуктами на скорость самоочищения почвы.
В условиях полевого лизиметрического опыта проведено изучение остаточного содержания нефти и дизельного топлива, разлитых в дозах 2 г/кг почвы. В варианте опыта, где не использовали изучаемые агротехнические мероприятия в течение шести недель определений остаточного количества нефти и дизельного топлива, только под влиянием естественных условий происходило разложение загрязнителей. В конце осеннего периода, в октябре месяце осталось нефти 1316 мг/кг или подверглось деструкции 34%, а дизельного топлива соответственно - 398 мг/кг и 80% (табл. 11).
Только внесение воды в почву до влажности 60% от ППВ интенсивность деструкции загрязнителей возросла через одну неделю нефть обнаружена в почве в количестве 1440 мг/кг, то есть снизилось на 28%, а концу исследований её было 1250 мг/кг и снизилось на 37%. Полив водой до 60% от ППВ влияет больше на скорость разрушения дизельного топлива, чем нефти. Если вначале исследований в почве отмечалось 1003 мг/кг, то через шесть недель осталось только 402 мг/кг, то есть разрушилось 80% загрязнителя.
При сравнении комплексного влияния воды с навозом и воды с растительными остатками выяснено, что в этих вариантах скорость деструкции оставалась наибольшей при загрязнении дизельным топливом. Эти данные согласуются с другими исследованиями. Так как биологические и химические свойства нефти и дизельного топлива существенно различаются, основные причины значительной скорости самоочищения от дизельного топлива состоят в том, что данный загрязнитель содержит в основном легкие фракции нефти. Трансформация их начинается сразу после попадания в почву. Общими чертами этого процесса является быстрое испарение дизельного топлива и разрушение основного составляющего метано - нафтеновой фракции [Химия.., 1982; Пиковский, 1985; Глазовская, 1985].
Следовательно, за осенний период, во время подготовки почвы (основная обработка) к весенней посадке первой культуры звена севооборота картофеля, самоочищение почвы произошло при совместном применении воды и органических удобрений. При этом содержание нефтепродуктов с 2000 мг/кг снизилось до 728 мг/кг нефти и 123 мг/кг дизельного топлива. Разрушились загрязнители на 64%, 94% соответсвенно.
