CC BY
46
УДК 631.452:631.453
А.М. Петров, Р.Р. Шагидуллин, Д.В. Иванов, Л.М. Сунгатуллина, Т.Г. Кольцова
Институт проблем экологии и недропользования АН РТ, [email protected]
обоснование допустимого остаточного содержания нефти и продуктов ее трансформации в почвах чувашской республики
Разработаны нормативы допустимого остаточного содержания нефти и продуктов ее трансформации после проведения рекультивационных и иных восстановительных работ для дерново-подзолистых, светло-серых, серых, темно-серых лесных и аллювиальных дерновых почв Чувашской Республики. Представлены биопродукционные критерии, использованные при обосновании нормативов для земель сельскохозяйственного назначения. Ключевые слова: нефтяное загрязнение; нефтепродукты; почвы; фитотоксичность.
Введение
Аварии на нефтепроводах, дорожно-транспортные происшествия характеризуются залповым поступлением нефтяных углеводородов в объекты окружающей среды, в том числе и на почвенный покров. Нефтяное загрязнение приводит к изменению свойств и плодородия почв, деградации природных биоценозов, снижению их продуктивности, что требует проведения восстановительных мероприятий, направленных на возврат земельных участков в хозяйственный оборот.
Согласно документу (Правила организации..., 2002), «работы по ликвидации последствий разливов нефти и нефтепродуктов (НП) могут считаться завершенными при достижении допустимого уровня остаточного содержания нефти и нефтепродуктов (или продуктов их трансформации) в почвах и грунтах (ДОСНП)...». Отсутствие утвержденных нормативов ДОСНП не позволяет определить момент завершения работ по рекультивации почв, а попытка достижения фоновых концентраций НП может привести к полной гибели почвенного биоценоза, уничтожению почвы.
Вышесказанное указывает на то, что разработка нормативов ДОСНП является необходимым
этапом, обеспечивающим эффективное и своевременное проведение рекультивационных и иных восстановительных работ на нефтезагрязненных территориях. Норматив должен базироваться на экспериментально определенных концентрациях поллютанта, при которых сохраняется способность природных экосистем к самовосстановлению, исключается возможность поступления НП в сопредельные среды и допускается вовлечение земельных участков в хозяйственный оборот (Временные..., 2002).
Нефтяные углеводороды и почвы являются достаточно сложными для исследования объектами, поэтому при разработке нормативов ДОСНП требуется проведение комплексных исследований, учет статистически достоверных взаимосвязей между остаточным содержанием НП и биологическими свойствами почв (Шагидуллин и др., 2011; Вершинин и др., 2012; Петров и др., 2013).
Целью настоящей работы явилось экспериментальное обоснование допустимого уровня остаточного содержания нефти и нефтепродуктов (или продуктов их трансформации) в почвах (ДОСНП) после проведения рекультивационных и иных восстановительных работ для ряда подтипов почв,
Таблица 1. Агрохимические характеристики и гранулометрический состав контрольных образцов почв
Гумус, % P , подв' мг/100г K , подв мг/100г pH вод N , вал' % Р вал, % Гранулометрический состав (мм), %
1.00.25 0.250.05 0.050.01 0.010.005 0.0050.001 <0.001 <0.01
Дерново-подзолистая
2.7 12.5 17.2 6.4 0.09 0.14 45.1 22.7 15.0 3.8 4.4 8.9 17.1
Светло-серая лесная
2.8 9.5 36.4 5.0 0.31 0.26 45.7 24.7 8.5 3.4 4.7 12.9 21.0
Серая лесная
6.1 27.6 50.3 6.5 0.33 0.250 0.8 18.0 22.3 9.1 16.7 33.0 58.8
Темно-серая лесная
7.9 17.8 26.0 7.0 0.07 0.20 1.2 16.8 47.9 7.7 10.6 15.8 34.1
Аллювиальная дерновая
4.9 11.5 10.3 6.7 0.17 0.20 18.2 9.6 32.7 10.8 10.6 18.0 39.4
54
российский журнал прикладной экологии
характерных для земель сельскохозяйственного назначения Чувашской Республики.
Материалы и методы
При проведении лабораторных экспериментов использовали образцы пахотных горизонтов дерново-подзолистых (ДП), светло-серых лесных (ССЛ), серых лесных (СЛ), темно-серых лесных (ТСЛ), аллювиальных дерновых (АД) чистых (контрольных), отобранных на незагрязненных территориях Чувашской Республики, и загрязненных сернистой нефтью почв (табл. 1).
Содержание НП в почве определяли согласно ПНДФ 16.1:2.2.22.-98.
Опытные варианты с заданным содержанием НП готовили путем перемешивания в различных соотношениях загрязненных и чистых почв. Содержание НП в опытных образцах почв варьировало от 0.8 до 8.7 г/кг.
Воздействие по лимитирующим показателям вредности (ЛПВ): миграционному водному, миграционному воздушному, транслокационному и общесанитарному определяли согласно «Методическим рекомендациям по гигиеническому обоснованию ПДК химических веществ в почве» (Методические..., 1982).
Вегетационные хронические эксперименты проводили в соответствии с ГОСТ Р ИСО 220332009. В качестве тест-объектов использовали два вида растений - пшеницу яровую (Triticum vulgare) и горох посевной (Pisum sativum). Всхожесть использованных семян составляла не менее 95%. В каждый сосуд высаживали по 10 семян. Количество повторностей каждого варианта - 3.
Диапазон начальных содержаний НП в опытных вариантах рассматриваемых почв для вегетационных экспериментов определяли по результатам предварительного тестирования в острых опытах с использованием в качестве тест-объекта семян пшеницы.
Постановка хронических вегетационных экспериментов осуществлялась в лабораторных условиях при 16-часовом освещении «фитолам-пами» интенсивностью 6000+1000 Лк. Температура окружающего воздуха составляла 23-26 °C. Влажность почвы поддерживалась на уровне 60% от полной влагоемкости. Для выравнивания условий местоположение вегетационных сосудов ежедневно меняли, причем варианты располагали рандомизированным образом.
После учета проросших семян число растений в каждом горшочке сокращали до 8. Конечный учет биомассы растений проводили на 42-й день после появления всходов пшеницы и гороха.
Величину фитомассы по сухому веществу определяли после высушивания до постоянного веса при температуре 65 °С с точностью до 0.0001 г.
Статистическую обработку данных проводили с использованием пакета программ Statistica 8.0.
Результаты и их обсуждение
В ходе хронического эксперимента (42 дня) наиболее высокая урожайность пшеницы была отмечена в вариантах со ССЛ и СЛ почвами (табл. 2). Максимальный прирост биомассы гороха был отмечен на ССЛ, СЛ и АД почвах. Минимальная урожайность испытанных тест-объектов наблюдалась в экспериментах с ДП почвой.
Для всех подтипов была характерна обратная зависимость между урожайностью растений и содержанием НП в почве. Пшеница оказалась более чувствительной к присутствию загрязняющего вещества культурой. Для нее в опытах с максимальными испытанными содержаниями НП отмечено снижение фитопродуктивности в 1.7-3.3 раза против 1.2-1.6 у гороха. Однако при исследовании относительно невысоких содержаний НП воздействие нефтяных загрязнений на растительные тест-объекты отличалось незначительно (табл. 2).
При нормировании остаточного содержания нефти и продуктов ее трансформации на рекультивированных землях сельскохозяйственного назначения должны в первую очередь учитываться такие факторы, как отсутствие воздействия на сопредельные среды и территории по лимитирующим показателям вредности (ЛПВ) и восстановление фитопродуктивности почв.
В основу критериев отсутствия воздействия по ЛПВ на сопредельные среды и территории были положены «Временные рекомендации по разработке и введению в действие нормативов допустимого остаточного содержания нефти и продуктов ее трансформации в почвах после проведения рекультивационных и иных восстановительных работ» (Временные рекомендации..., 2002). В качестве критерия фитотоксического действия поллютанта использовано снижение фитопродук-тивности растений на 20% и более относительно контрольных вариантов (Шагидуллин и др., 2011; Петров и др., 2013).
В соответствии с ГОСТ Р ИСО 22033-2009 определялись содержания НП в почве, приводящие к 50% (ДК50) и 20% (ДК20) снижению урожайности тест-объектов. Для поиска значений ДК50 и ДК20 использовался графический метод. Экспериментально определенный фитоэффект выражали относительно значений исследованных
1/2015
55
Таблица 2. Средняя урожайность тест-объектов (Triticum vulgare, Pisum sativum, сухая биомасса, г) при различном содержании НП в почвах
Дерново-подзолистая
Начальная концентрация НП, г/кг <0.05 1.2 2.5 3.2 4.8
T. vulgare 0.1676 0.1552 0.1135 0.1035 0.0974
P. sativum 0.2777 0.2708 0.2558 0.2209 0.2248
Светло-серая лесная
Начальная концентрация НП, г/кг <0.05 1.2 1.6 5.2 7.2
T. vulgare 0.3702 0.3488 0.2818 0.1967 0.1318
P. sativum 0.6140 0.5988 0.5081 0.4328 0.3888
Серая лесная
Начальная концентрация НП, г/кг <0.05 1.0 1.8 2.8 5.2
T. vulgare 0.3902 0.3758 0.3700 0.2733 0.2006
P. sativum 0.8751 0.8464 0.7334 0.7018 0.5912
Темно-серая лесная
Начальная концентрация НП, г/кг <0.05 0.8 2.2 3.6 7.0
T. vulgare 0.2331 0.2287 0.2087 0.1942 0.0757
P. sativum 0.5434 0.5124 0.4523 0.4052 0.3671
Аллювиальная дерновая
Начальная концентрация НП, г/кг <0.05 1.6 2.9 4.1 5.8
T. vulgare 0.2891 0.2731 0.2657 0.1749 0.1431
P. sativum 0.5947 0.5880 0.5130 0.4592 0.4423
содержаний НП в почвах. Полученные уравнения линейной регрессии и результаты расчета представлены в табл. 3.
Анализ результатов показал, что для всех подтипов почв минимальные значения ДК50 и ДК20 отмечаются в экспериментах на пшенице. Кон-
центрации НП, ингибирующие ферментативную и респираторную активность и влияющие на состав микробного сообщества почв, превышают расчетные концентрации для значений ДК20, полученные в биопродукционных экспериментах на высших растениях (Петров и др., 2014). Исходя из вышесказанного, в качестве пороговых концентраций допустимого остаточного содержания нефти и продуктов ее трансформации в почвах нами использовались данные, полученные в лабораторных хронических вегетационных опытах на пшенице.
При сравнении допустимых содержаний НП в почвах, определенных по результатам вегетационных опытов, с установленными величинами миграционного водного, миграционного воздушного, транслокационного и общесанитарного показателей вредности, установлено, что последние не являются лимитирующими для установления нормативов ДОСНП (табл. 4).
По результатам проведенных экспериментов для исследованных подтипов почв пахотных горизонтов земель сельскохозяйственного назначения Чувашской Республики обоснованы следующие допустимые содержания НП, определенные по показателю фитопродуктив-ности:
- для дерново-подзолистых почв - 2.0±0.5 г/кг;
- для светло-серых лесных почв - 1.9±0.5 г/кг;
- для серых лесных почв - 2.6±0.7;
- для темно-серых лесных почв - 2.8±0.7 г/кг;
- для аллювиальных дерновых почв - 3.1±0.8
г/кг.
Таблица 3. Зависимость фитопродуктивности тест-объектов от остаточного содержания НП в почвах и их предельное содержание (г/кг), приводящее к снижению урожайности на 20% (ДК20) и 50% (ДК50)
Почвы Пшеница Горох
Уравнение линейной регрессии, (R2) ДК2с ДК50 Уравнение линейной регрессии, (R2) ДК2с ДК50
Дерново-подзолистая y = 2.2179х+3.4626 (0.91) 2.0 4.9 y = 1.835х+2.9919 (0.86) 4.3 12.4
Светло-серая лесная y = 2.0315х+3.5813 (0.93) 1.9 5.0 y = 1.4927х+3.4337 (0.87) 3.1 11.2
Серая лесная y = 2.808х+2.9843 (0.92) 2.6 5.2 y = 1.883х+3.2873 (0.91) 2.9 8.1
Темно-серая лесная y = 2.5291х+3.0187 (0.91) 2.8 6.1 y = 1.1725х+3.6073 (0.98) 3.0 15.4
Аллювиальная дерновая y = 3.0789х+2.6327 (0.84) 3.1 5.9 y = 3.1012х+2.2187 (0.90) 4.2 7.9
Таблица 4. Допустимое остаточное содержание нефти и продуктов ее трансформации в почвах по миграционным показателям вредности (ПВ), г/кг
Почвы Миграционный водный ПВ Миграционный воздушный ПВ Общесанитарный ПВ Транслокационный ПВ
Дерново-подзолистая 8.4 8.4 8.4 3.9
Светло-серая лесная 7.2 7.9 7.2 7.2
Серая лесная 8.1 8.1 8.1 8.1
Темно-серая лесная 7.0 9.8 7.0 7.0
Аллювиальная дерновая 5.8 8.7 8.7 8.7
56
российский журнал прикладной экологии
Учитывая, что погрешность методов определения массовой доли НП в почве, допущенных для целей государственного экологического контроля, составляет 25%, для практического использования рекомендованы округленные значения допустимого остаточного содержания нефтепродуктов в почвах после проведения рекультивационных и иных восстановительных работ (табл. 5).
Таблица 5. Рекомендуемые нормативы ДОСНП для земель сельскохозяйственного назначения Чувашской Республики
Почвы ДОСНП, г/кг
Дерново-подзолистые 2.0
Светло-серые лесные 2.0
Серые лесные 2.5
Темно-серые лесные 3.0
Аллювиальные дерновые 3.0
Выводы
Таким образом, по результатам проведенных экспериментов в качестве допустимых остаточных содержаний нефти и продуктов ее трансформации в почвах после проведения рекультиваци-онных и иных восстановительных работ для земель сельскохозяйственного назначения Чувашской Республики рекомендуются определенные в хроническом эксперименте по показателю фи-топродуктивности следующие значения ДОСНП:
- для светло-серых лесных и дерново-подзолистых почв - 2.0 г/кг;
- для серых лесных почв - 2.5 г/кг;
- для темно-серых лесных и аллювиальных дерновых почв - 3.0 г/кг.
Результаты проведенных исследований явились основой утвержденных региональных нормативов ДОСНП по Чувашской Республике (Постановление..., 2013).
Список литературы
1. Вершинин А.А., Петров А.М., Каримуллин Л.К., Игнатьев Ю.А. Влияние нефтяного загрязнения на эколого-биологическое состояние различных типов почв // Вестник Казанского технологического университета. 2012. № 8. С. 207-211.
2. Временные рекомендации по разработке и введению в действие нормативов допустимого остаточного содержания нефти и продуктов ее трансформации в почвах после проведения рекультивационных и иных восстановительных работ. Утв. приказом Минприроды РФ от 12.09.2002. № 574.
3. ГОСТ Р ИСО 22033-2009. Качество почвы. Биологические методы. Хроническая токсичность в отношении высших растений.
4. Материалы по обоснованию нормативов допустимого остаточного содержания нефти и продуктов ее трансформации (ДОСНП) после проведения рекультивационных и иных восстановительных работ в дерново-подзолистых, светлосерых лесных, серых лесных, темно-серых лесных и аллю-
1/2015
виальных дерновых почвах для земель сельскохозяйственного назначения Чувашской Республики: Институт проблем экологии и недропользования АН РТ. Казань, 2012. 200 с.
5. Методические рекомендации по гигиеническому обоснованию ПДК химических веществ в почве (утв. заместителем главного государственного санитарного врача СССР 5.08.1982 г. № 2609-82).
6. Петров А.М., Зайнулгабидинов Э.Р., Шагидуллин Р.Р., Иванов Д.В., Кузнецова Т.В., Каримуллин Л.К. Разработка нормативов допустимого остаточного содержания нефти и продуктов ее трансформации в почвах для земель лесного фонда Республики Татарстан // Вестник Казанского технологического университета. 2013. № 20. С. 265-270.
7. Петров А.М., Каримуллин Л.К., Кузнецова Т.В., Вершинин А.А., Хабибуллин Р.Э. Влияние остаточного содержания нефтепродуктов на состав и активность почвенного микробного сообщества // Вестник Казанского технологического университета. 2014. № 23. С. 356-360.
8. Петров А.М., Шагидуллин Р.Р., Зайнулгабидинов Э.Р., Иванов Д.В., Тарасов О.Ю., Григорьян Б.Р. Разработка нормативов допустимого остаточного содержания нефти и продуктов ее трансформации в серых лесных почвах Республики Татарстан // Экология и промышленность России. 2011. Июнь. С. 29-34.
9. ПНДФ 16.1:2.2.22.-98. Качественный химический анализ почв. Методика измерений массовой доли нефтепродуктов в минеральных, органогенных, органо-минеральных почвах и донных отложениях методом ИК-спектроскопии.
10. Постановление Кабинета Министров Чувашской Республики № 6 от 24.01.2013 «Об утверждении нормативов допустимого остаточного содержания нефти и продуктов ее трансформации после проведения рекультивационных и иных восстановительных работ в дерново-подзолистых, светло-серых лесных, серых лесных, темно-серых лесных и аллювиальных дерновых почвах для земель сельскохозяйственного назначения, лесного фонда и особо охраняемых территорий и объектов на территории Чувашской Республики».
11. Правила организации мероприятий по предупреждению и ликвидации разливов нефти и нефтепродуктов на территории Российской Федерации. (утв. Постановлением Правительства РФ № 240 от 15.04.2002 г.).
12. Шагидуллин Р.Р., Петров А.М., Иванов Д.В., Тарасов О.Ю., Шагидуллина Р.А., Буфатина М.А. Методические подходы к нормированию содержания нефти и продуктов ее трансформации в почвах // Экология и промышленность России. 2011. Июнь. С. 24-28.
A.M. Petrov, R.R. Shagidullin, D.V. Ivanov, L.M. Sungatullina, T.G. Koltsova. Justification of permissible residual oil content and products of its transformation in soils for agricultural land of the of the Chuvash Republic
Standards of permissible residual content limits of oil and its refinery products after recultivation and other restorative works for sod-podzol, light gray, gray, dark gray forest soils and alluvial sod soils of the Chuvash Republik are elaborated. Biological production criteria used for the substantiation of standards for agricultural lands are represented.
Keywords: oil pollution; petroleum products; soil; phytotoxicity.
57
