CC BY
83
Экология ¿V
6-15 мг/кг считается недостаточным, 15-60 мг/кг — нормальным и более 60 мг/кг — избыточным. Избыток Си в почве ведет к развитию хлороза у растений.
Нормальное содержание Си для трав считают интервал концентраций от 5,0 до
30,0 мг/кг. Критической концентрацией Си для растений считает 150,0 мг/кг [8].
В условиях отвалов содержание Си неодинаково.
В листьях осины и березы растущем в КБР данный элемент содержится в количестве от 4,8 до 5,4 мг/кг, в ТЖК — от 2,55 до 4,22 мг/кг в УГОК соответственно. В хвое сосны содержание Си во всех отвалах варьирует от 2,99 мг/кг до 3,36 мг/кг. Антогонизм Си и Fe проявляется как Си индуцированный хлороз. Высокий уровень Си в растении снижает содержание Fe в хлоропластах. Fe со своей стороны
ослабляет поглощение Си из почвенных растворов [3]. В условиях отвала видимо высокий уровень Fe в растении ослабляет поглощение Си (табл. 1).
Для растений РЬ представляет наименьшую опасность. РЬ может снижать подвижность в почве других металлов, например, молибдена, образуя с анионом молибденовой кислоты молибдат свинца РЬМо04.
Однако очень высокие концентрации свинца в почвах могут существенно подавлять рост растений и вызвать хлороз, обусловленный нарушением поступления от
0,1 до 5,0 мг/кг сухого вещества, критической — 10,0 мг/кг [8]. На отвалах КБР и УГОК в листьях березы, осины и хвое сосны накапливается в пределах нормы. В условиях ТЖК концентрация РЬ в листьях березы и осины достигает превышающая норму, а хвое сосны критическую норму (табл). По
Г. И. Махониной (1987) предельно допустимая концентрация РЬ в растениях не должна превышать 10 мг/кг сухого вещества. По сравнению с этой величиной во всех растениях на отвалах ТЖК РЬ больше в 1,5-2,5 раза, т. е. избыточно.
Выводы.
Древесные растения на отвалах КБР, ТЖК, УГОК своеобразны по химическому составу. В них меньше нормы медь, близко к норме содержание железа в отвалах КБР и ТЖК, значительно больше ее концентрации калия, кальция, марганца, свинца. В условиях рассмотренных отвалов древесные растения являются аккумуляторами металлов и могут быть они рекомендованы для биологической рекультивации техногенных ландшафтов, поскольку выполняет средоочищающую функцию благодаря высокой поглотительной способности.
Литература
1. Алексеев Ю. В. Тяжелые металлы в почвах и растенийх. Л. : Агропромиздат, 1987. 170 с.
2. Илькун Г. М. загрязнения атмосферы и растения. Киев : Наукова думка, 1978. 247 с.
3. Кабата-Пендиас А., Пендиас Х. Микроэлементы в почвах и растениях. М. : Мир, 1989. С. 191-201.
4. Ковальский В. В. Геохимическая экология. М. : Наука, 1974. 298 с.
5. Кулагин Ю. З. Индустриальная дендроэкология и прогнозирование. М. : Наука, 1985. 117 с.
6. Махонина Г. И. Химический состав растений на промышленных отвалах Урала. Свердловск : Изд-во Урал. ун-та, 1987. 168 с.
7. Павлов И. И. Изучение сорбции фтора в листьях древесных растений // Химия растительного сырья. 1999. № 2. С. 37-43.
8. Прохорова Н. В., Матвеев Н. М., Павловский В. А. Аккумуляция тяжелых металлов дикорастущими и культурными растениями в лесостепном и степном Поволжье. Самара : Самарский ун-т, 1998. 97 с.
9. Шеуджен А. Х. Биогеохимия. Майкоп : ГУРИПП «Адыгея», 2003. 1028 с.
10.Ягодин Б. А., Виноградова С. Б., Говорина В. В. Кадмий в системе почва-удобрение-растения-животные организмы и человек // Агрохимия. 1989. № 5. С. 118-130.
БИОТЕСТИРОВАНИЕ ТОРфЯНых ПОЧВ
С мест аварийных разливов нефти разной давности в ханты-мансийском
АВТОНОМНОМ округе (хМАО)
А. м. ЦУЛАИЯ, аспирант, Тюменская ГСХА
625003, г. Тюмень, ул. Республики, д. 7
Ключевые слова: нефтяное загрязнение, биотестирование, кострец, овес, низшие ракообразные. Keywords: oil pollution, bioassay, rump, oats, lower crustaceans.
Болота являются естественным природным фильтром механической и биологической очистки поверхностных и грунтовых вод. Одновременно они являются перераспределителями водных ресурсов, а заодно и техногенного загрязнения [1].
Наибольшие по площади разливы нефти в ХМАО имеют место на верховых олиготрофных болотах с высоким уровнем грунтовых вод. Они характеризуются обширным растеканием нефти от места разлива и разной интенсивностью проникновения вглубь почвенного профиля [2, 3, 4]. Вместе с тем основной массив публикаций посвящен влиянию нефти либо на таежные (лесные), либо на луговые фитоценозы [5, 6, 7], что же касается болотных экосистем, то последствия их загрязнения изучены недостаточно [8].
Материал и методы исследования.
Полевые работы проводились в 2008-2009 году в Сургутском и Нижневартовском районах ХМАО на Повховском, Ватьеганском, Покачевском,
Федоровском, Восточно-Сургутском, Западно-Сургутском и Самотлорском месторождениях. Объекты исследования— участки болот, подвергшиеся свежему нефтяному загрязнению и загрязненные от 1 до 17 лет назад, нерекульти-вированные и рекультивированные.
Нерекультивированные участки. Вать-Еганское месторождение. Свежий разлив нефти на верховом болоте (2009 г.), площадь разлива — 3 га. Отбирались пробы торфа от края разлива по уклону земной поверхности через 1, 10, 20, 30, 40 и 50 м. Повховское месторождение. Разлив нефти в 2007 г. на верховом болоте. Площадь свободной нефти — 0,004 га. Отбирались пробы торфяной почвы на расстоянии от разлива через 1, 10 и 100 м. Остальные пробы отобраны на рекультивированных участках разной давности нефтяного загрязнения (аварийные разливы).
Определяли нефтепродукты [9], хлориды [10] и токсичность почв [11, 12]
методами, повсеместно используемыми для целей контроля качества среды. В качестве тест-объектов использовали злаковые растения — кострец безостый (Bromopsis inermus) и овес посевной (Avena sativa) как культуры, используемые для рекультивации нарушенных земель, а также представителя низших ракообразных Ceriodaphnia affinis.
В лаборатории пробы торфа высушивали, освобождали от посторонних включений, измельчали, помещали в чашки Петри слоем 2 см, увлажняли до 60 % влагоемкости отстоянной питьевой водой и высевали семена овса и костреца по 50 штук. Эксперименты проводились в трех повторностях, в течение
7 дней. Определяли: количество проросших семян, массу проростков, количество и длину листьев и корней. В водную вытяжку почв (1:10) помещали рачков Ceriodaphnia affinis, определяли выживаемость на 2 и 10 сут и общее количество молоди. В качестве контроля (К)
www. m-avu. narod. ru
81
таблица 1
Средние морфометрические показатели овса посевного и костреца безостого (% к к) при выращивании на нефтезагрязненных почвах
вать-Еганского месторождения, разлив 2009 г.
Расстояние от края разлива, м Содержание НП, г/кг Прорас- таемость семян Длина листьев Длина корней Масса растений Прорас- таемость семян Длина листьев Длина корней Масса растений
Овес посевной Кострец безостый
К 0,04 100,0 100,0 100,0 100,0 100,0 100,0 100,0 100,0
0 729,6 36 35,5 43,9 59,1 133 97 165 107
1 543,2 62# 47,8 39,2 86,7 129 108 207 114
10 695,0 62# 69,5# 95,1 119,9 103 78 100 97
20 8,8 40 71,7# 209,7 65,7 129 106 180 112
30 114,5 58 84,0 207,3 111,6 140 133 350 160
40 23,7 56 73,2# 68,5# 104,3 103 153 308 133
50 5,5 40 86,9 62,5# 73,8 107 97 153 98
Примечание: здесь и далее в таблицах жирным шрифтом выделены статистически достоверные различия с К Р < 0,05, # — различия с К > 25 %
использовали чистыи торф и чистую питьевую воду. Все полученные данные подвергали статистической обработке [13]. В статье приведены данные по тестированию верхнего слоя почв (0-10 см).
Результаты исследований.
Результаты анализа проб вокруг свежего разлива показали (табл. 1), что содержание нефтепродуктов в торфе от края разлива до 10 метровой отметки экстремально высокое — 543,2-729,6 г/кг. Через 50 м содержание нефтепродуктов (НП) снизилось до 5,5 г/кг. Отклонение от К показателей жизнедеятельности овса и костреца свидетельствует о высокой токсичности отобранных проб. Так, прорас-таемость семян овса была снижена против К на 38-64 % во всех пробах, длина листьев — на 27-64,5 % в 5 из 7 проб, длина корней — на 32,0-61,0 % в 4 из 7 проб, масса растений — на 34,3-41,0 % в 2 из 7 проб. В 2-х пробах (20, 30 м) наблюдалась стимуляция роста корней.
Реакция костреца безостого на нефтяное загрязнение была иной: прораста-емость семян, длина корней и листьев, масса растений были выше К в 2-6 из 7 проб. В остальных пробах различия с контролем не обнаружены. Это свидетельствует о более высокой устойчивости к свежей нефти костреца по сравнению с овсом.
В пробах почв с Повховского месторождения (табл. 2) при относительно невысоком содержании нефти в верхнем слое через 2 года после аварии (1,6-4,9 г/кг) прорастаемость семян овса была снижена на 24-62 %, длина листьев, корней и масса растений - на 32,0, 56,0 и 27,5-37,0 % соответственно в 1-3 из 3 проб (Р < 0,05).
Исследуемые пробы почв существенно не влияли на прорастаемость семян и рост листьев костреца, но угнетали рост корней: разница с К — 33,0-
45,0 % (Р < 0,05). Прирост массы был незначительным — 13,0-19,0 %, но статистически достоверным в 2 из 3 проб. Анализ более глубоких слоев показал, что в них имело место увеличение содержания НП и токсичности [4].
Пробы, отобранные в районах аварийных разливов нефти в ХМАО, ранжированы по давности загрязнения (табл. 3). Проба № 1 с содержанием нефти 5,9 г/кг снижала всхожесть семян овса на 64 %, длину листьев на 37,7 %,
Средние морфометрические показатели овса посевного и костреца безостого (% к к) при выращивании на нефтезагрязненных почвах повховского месторождения (разлив 2007 г.).
Расстояние от края разлива, м Содержание НП г/кг ь т с о § Е н й се ас р о р П Длина листьев Длина корней Масса растений ь т с о § й £ я се ас р о р П в е ь т с и п а н и л Д Длина корней Масса растений
Овес посевной Кострец безостый
К 0,04 100,0 100,0 100,0 100,0 100,0 100,0 100,0 100,0
1 4,9 100,0 100,0 107,3 68,7 100 91 55 94
10 1,6 38 68,1 43,9 72,5# 127 88 67 113
100 1,6 56 86,9 82,9 63,1 103 78 60 119
таблица 3
Средние морфометрические показатели овса посевного (% к к) в опыте с торфяными почвами с разной давностью загрязнения и рекультивации.
№ пробы Содержание Дата загрязнения (лет) Дата рекулитивации (лет) Всхожесть семян Масса растений Длина листьев Длина корней
гк/ С Н хлоридов, мг/кг
К 0,04 0,0 100 100,0 100,0 100,0
1 5,9 709,0 1992 (17) 2000 (9) 36 65,4 62,3 36,6
2 825,1 177,2 1993 (16) 2000 (9) 64 75,1# 63,7 78,0
3 42,3 354,5 1994 (15) 1997 (12) 44 32,2 34,0 65,8
4 299,9 531,7 1995 (14) 2000 (9) 64 118,6 99,3 112,2
5 682,0 531,7 1997 (12) 2000 (9) 16 55,8 21,9 36,6
6 578,5 709,0 1997 (12) 2002 (7) 76 104,6 65,9# 85,4
7 528,0 354,4 1997 (12) 2002 (7) 62 58,8 107,9 143,9#
8 410,7 531,7 1997 (12) 2000 (9) 36 62,6 60,1 43,9
9 72,1 531,7 1997 (12) 2001 (8) 72 76,2 69,5# 58,5
10 961,8 177,2 1997 (12) 2002 (7) 44 47,0 46,4 56,7
11 638,9 709,0 1997 (12) 2001 (8) 20 61,3 44,2 95,1
12 564,3 354,4 1998, 2002 (9-11) 2004 (5) 40 70,7# 76,1 219,5
13 127,9 709,0 1999 (10) 2007 (2) 56 44,3 65,9# 156,1#
14 16,5 354,5 1999 (10) 2000 (9) 64 75,1# 63,7# 78,0
15 22.7 354.5 2000 (9) 2002 (7) 58 38,4 88,4 73,1#
16 584.0 177.2 2001 (8) 2005 (4) 36 70,5# 56,5 73,1#
17 1.7 177.2 2002(7) 2005 (4) 42 54,3 42,2 48,7
18 8.1 709.0 2002(7) 2003 (6) 60 62,6 34,1 21,9
19 378.7 2658.7 2003 (6) 2004 (5) 0 0 0 0
20 19.8 354.5 2005 (4) 2005 (4) 78 67,8 73,9# 97,5
82
№№№. m-avu. narod. т
Таблица 4
Средние морфометрические показатели костреца безостого (% к К) в опыте с торфяными
почвами с разной давностью загрязнения и рекультивации
№ пробы Содержание Дата загрязнения (лет) Дата рекультивации (лет) Всхожесть семян Масса растений Длина листьев Длина корней
НП, г/ кг хлоридов, мг/кг
К 0,04 0,0 100,0 100,0 100,0 100,0
1 5,9 709,0 1992 (17) 2000 (9) 110 117 264 160
2 825,1 177,2 1993 (16) 2000 (9) 64 75.1 63.7 78
3 42,3 354,5 1994 (15) 1997 (12) 111 78 111 96
4 299,9 531,7 1995 (14) 2000 (9) 129 125 583 178
5 682,0 531,7 1997 (12) 2000 (9) 55 43 121 61
6 578,5 709,0 1997 (12) 2002 (7) 91 105 110 91
7 528,0 354,4 1997 (12) 2002 (7) 108 48 150 154
8 410.7 531.7 1997 (12) 2000 (9) 112 116 130# 143#
9 72.1 531.7 1997 (12) 2001 (8) 67 63 55 54
10 961.8 177.2 1997 (12) 2002 (7) 124 116 146# 122
11 638.9 709,0 1997 (12) 2001 (8) 72# 52 50 55
12 564,3 354,4 1998,2002 (9-11) 2004 (5) 70# 58 70 48
13 127,9 709,0 1999 (10) 2007 (2) 100 59 131 121
14 16.5 354.5 1999 (10) 2000 (9) 100 94 218 126
15 22.7 354.5 2000 (9) 2002 (7) 83 100 100 112
16 584.0 177.2 2001 (8) 2005 (4) 119 87 216 138#
17 1.7 177.2 2002(7) 2005 (4) 110 107 50 118
18 8.1 709.0 2002(7) 2003 (6) 96 102 108 89
19 378.7 2658.7 2003 (6) 2004 (5) 70 85 108 75#
20 19.8 354.5 2005 (4) 2005 (4) 48 55 90 37
длину корней на 63,4 %. Несмотря на давность загрязнения (17 лет) и проведение рекультивационных работ (9 лет), токсичность почв осталась высокой, что свидетельствует о сохранении негативного действия трансформированной нефти на растения овса.
В почвах с давностью загрязнения 15-16 лет и рекультивацией 9-12 лет (пробы 2, 3) прорастаемость семян овса была ниже контрольных значений на 36-56 %, длина листьев, корней и масса растений — на 34,1-66,0 %, 34,2 % и 24,967,8 % соответственно. В пробах с давностью загрязнения 12-14 лет и рекультивации 7-9 лет содержание нефтепродуктов также оставалось очень высоким— 72,1961,8 г/кг. Всхожесть семян была угнетена на 24-84 %, длина листьев, корней и масса растений снижена против К на 30,5-78,1 %, 38,7-53,0 % и 24,9-67,8 % соответственно (Р < 0,05).
В образцах проб с давностью загрязнения 4-11 лет и рекультивации 2-9 лет содержание нефтепродуктов составляло
1,7-584,0 г/кг. Всхожесть семян во всех пробах была снижена против К на 2264 %, длина листьев и корней — на 20,765,9 и 26,9-78,1 % соответственно, масса растений — на 24,9-61,6 %. В пробе 26 не проросло ни одно семя, что связано с высоким содержанием нефтепродуктов (378,7 г/кг) и хлоридов (2658,7 мг/кг).
При тестировании этих проб с помощью костреца безостого была подтверждена его более высокая устойчивость по отношению и к трансформированной нефти (старые разливы).
Таблица 5
Изменение показателей жизнедеятельности Ceriodaphnia affinis в водных вытяжках
исследуемых торфяных почв
№ пробы Сод-ие НП, г/ кг Хлориды, мг/кг Дата загрязнения (лет) Дата рекультивации (лет) Выживаемость (в %) Количество молоди
2 сут 10 сут С ±s, шт. % к К
1 5,9 709,0 1992 (17) 2000 (9) 100 100 66,0 143,5
2 825,1 177,2 1993 (16) 2000 (9) 60,0 40,0* 37,0 63,8
3 42,3 354,5 1994 (15) 1997 (12) 0,0 0,0 0,0 0,0
4 299,9 531,7 1995 (14) 2000 (9) 100 46,7 32,0 66,7
5 682,0 531,7 1997 (12) 2000 (9) 0,0 0,0 0,0 0,0
6 578,5 709,0 1997 (12) 2002 (7) 0,0 0,0 0,0 0,0
7 528,0 354,4 1997 (12) 2002 (7) 0,0 0,0 0,0 0,0
8 410,7 531,7 1997 (12) 2000 (9) 0,0 0,0 0,0 0,0
9 72,1 531,7 1997 (12) 2001 (8) 0,0 0,0 0,0 0,0
10 961,8 177,2 1997 (12) 2002 (7) 0,0 0,0 0,0 0,0
11 638,9 709,0 1997 (12) 2001 (8) 0,0 0,0 0,0 0,0
12 564,3 354,4 1998, 2002 (9-11) 2004 (5) 0,0 0,0 0,0 0,0
13 127,9 709,0 1999 (10) 2007 (2) 0,0 0,0 0,0 0,0
14 16,5 354,5 1999 (10) 2000 (9) 0,0 0,0 0,0 0,0
15 22.7 354.5 2000 (9) 2002 (7) 100 100 166,0 272,1
16 584.0 177.2 2001 (8) 2005 (4) 93,3 73,3 18,0 40,0
17 1.7 177.2 2002(7) 2005 (4) 93,3 80,0 59,0 96,7
18 8.1 709.0 2002 (7) 2003 (6) 0,0 0,0 0,0 0,0
19 378.7 2658.7 2003 (6) 2004 (5) 0,0 0,0 0,0 0,0
20 19.8 354.5 2005 (4) 2005 (4) 100 93,3 103,0 194,3
Прорастаемость семян оставалась на уровне контроля или незначительно превышала его в 16 из 20 проб. Лишь в 4 пробах (2, 5, 9, 20) была снижена всхожесть семян на 33-52 %, в 9 пробах снижена масса растений на 25-57 %, в 5 пробах снижена длина листьев на 30-50 % и длина корней — на 39-63 % против К. Угнетение по 3-4 показателям отмечено только при тестировании проб 2, 5,
9, 11, 12 и 20. Причем содержание НП в этих пробах колебалось в широких пределах— от 19,8 до 682 г/кг. Зависимости величины отклонения показателей растений от концентрации НП не отмечалось. Даже высокая соленость (проба 19) не повлияла на показатели жизнедеятельности костреца, следовательно, он более устойчив не только к нефтяному, но и к солевому загрязнению. Таким образом, несмотря на давность загрязнения (4-17 лет) и проведение рекультивационных
работ, содержание нефтепродуктов в почвах месторождений остается высоким — 1,7-961,8 г/кг. Токсичным оказалось большинство тестируемых проб. Менее устойчивым к нефтяному загрязнению является овес посевной, у которого достоверное снижение показателей роста наблюдалось по большинству показателей в 14 из 20 проб. Кострец безостый более устойчив к нефтяному загрязнению, но при высоком содержании нефти и у него наблюдаются отклонения в росте и развитии, превышающие 40-50 % контрольных значений.
Более чувствительными к нефтяному загрязнению почв являются животные [4]. Для сравнения приведем результаты тестирования этих проб с помощью низших ракообразных — Сег^арЬ|та aff¡ms (табл. 5). Пробы, содержащие НП выше
8 г/кг, убивали рачков в течение 1-10 дней, у выживших снижали плодовитость.
Повышенное содержание хлорида натрия усиливало токсичность даже при относительно невысоком содержании НП (пробы
3, 9, 13, 14, 18, 19).
Выводы.
Большинство протестированных проб почв с давностью загрязнения от 1 до 17 лет оказались токсичными при содержании нефти выше 1,6 г/кг, независимо от давности загрязнения и рекультивации.
Животные более чувствительны по отношению к нефтяному загрязнению, чем растения.
Из двух использованных растительных тест-объектов более устойчивым оказался кострец безостый. Он может быть рекомендован для рекультивации, но не для проведения биотестирования.
Солевое загрязнение усугубляет токсичность почв в районах аварийных разливов нефти.
Литература
1. Чижов Б. Е. Лес и нефть Ханты-Мансийского автономного округа. Тюмень : Издательство Ю. Мандрики, 1998. 144 с.
2. Солнцева Н. П. Добыча нефти и геохимия природных ландшафтов. М. : Изд-во МГУ, 1998. 376 с.
3. Антоненко А. М. Болотные комплексы долины Средней Оби: экологический аспект // Матер. Всерос. научно-практической конф. «Геоэкологические аспекты функционирования хозяйственного комплекса Западной Сибири». Тюмень, 2000. С. 29-30.
4. Михайлова Л. В., Масленко Е. А., Рыбина Г. Е., Гордеева Ф. В., Цулаия А. М., Кудрявцев А. А. Экологическая оценка качества почв площади водосбора в районах нефтедобычи Ханты-Мансийского автономного округа методом биотестирования // Тез. докл. Межд. конф. «Окружающая среда и менеджмент природных ресурсов». Тюмень, 2010. С. 184-186.
5. Шилова И. И. Влияние загрязнения нефтью на формирование растительности в условиях техногенных песков нефтегазодобывающих районов Среднего Приобья // Растения и промышленная среда. Свердловск, 1978. С. 44-52.
6. Гашева М. Н., Гашев С. Н., Соромотин А. В. Состояние растительности как критерий нарушенности лесных биоценозов при нефтяном загрязнении // Экология. 1990. № 2. С. 77-78.
7. Казанцева М. Н. Влияние нефтяного загрязнения на таежные фитоценозы Среднего Приобья: автореф. дисс. ... канд. биол. наук. Екатеринбург, 1994. 26 с.
8. Михайлова Л. В., Масленко Е. А., Рыбина Г Е., Гордеева Ф. В., Кудрявцев А. А., Знаменщиков А. Н., Талипова Е. В., Черкашина М. В. Влияние нефтезагрязненного торфа на высшие растения и остаточная токсичность почв рекультивированных болот после аварийных
разливов нефти // Мат. межд. акад. конф. «Состояние, тенденции и проблемы развития нефтегазового потенциала Западной Сибири». Тюмень, 2009. С. 497-507.
9. ПНД Ф 16.1:2.2.22-98. Методика выполнения измерений массовой доли нефтепродуктов в почвах и донных отложениях методом ИК-спектрометрии. М., 1998. 17 с.
10. ГОСТ 26425-85. Почвы. Методы определения иона хлорида в водной вытяжке. Определение иона хлорида агренометрическим методом по мору.
11. Методика определения токсичности воды и водных вытяжек из почв, осадков сточных вод, отходов по смертности и изменению плодовитости цериодафний. ФР1.39.2007.03221. М. : АКВАРОС, 2007. 55 с.
12. Методические рекомендации по гигиеническому обоснованию ПДК химических веществ в почве: МР № 2609-82 от 05.08.1982. М., 1982.
13. Лакин Г. Ф. Биометрия. М. : Высшая школа, 1980. 343 с.
