CC BY
114
УДК 631.46:631.453
А. М. Петров, Э. Р. Зайнулгабидинов, Л. М. Сунгатуллина,
Р. Р. Шагидуллин, Д. В. Иванов, О. Ю. Тарасов, Б. Р. Григорьян
РАЗРАБОТКА НОРМАТИВОВ ДОПУСТИМОГО ОСТАТОЧНОГО СОДЕРЖАНИЯ НЕФТИ И ПРОДУКТОВ ЕЕ ТРАНСФОРМАЦИИ В ПОЧВАХ РЕСПУБЛИКИ ТАТАРСТАН ДЛЯ ЗЕМЕЛЬ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОГО НАЗНАЧЕНИЯ
Ключевые слова: стандарт, нефть, нефтепродукты.
При использовании микробиологических, биохимических, токсикологических, физикохимических и биопродукционных критериев разработаны нормативы допустимого остаточного содержания нефти и продуктов ее трансформации после проведения рекультивационных и иных восстановительных работ для тяжелосуглинистых и глинистых дерново-подзолистых, светлосерых, серых и темно-серых лесных, дерново-карбонатных выщелоченных и дерново-карбонатных оподзоленных почв, черноземов типичных и черноземов оподзоленных Республики Татарстан. Показана ведущая роль продукционного фактора как лимитирующего при определении норматива для земель сельскохозяйственного назначения.
Keywords: Standards, oil content and products.
Using the microbiological, biochemical, toxicological, physico-chemical and bioproduction criteria the standards for permissible residual oil content and products of its transformation after the remediation and other rehabilitation for silt loam and clay sod podzolic, gray forest, sod-calcareous leached, sod-podzolic carbonate soils, modal chernozem and podzolic chernozem of the Republic of Tatarstan are developed. The leading role of production as a limiting factor in determining the standard for agricultural land is presented.
Введение
Загрязнение почвы нефтью и нефтепродуктами в процессе добычи, переработки и транспортировки является одной из серьезных экологических проблем Республики Татарстан. Необходимость скорейшего возвращения земельных участков в хозяйственный оборот требует оперативного устранения последствий нефтяного загрязнения почвенного покрова. Исходя из этого разработка нормативов допустимого остаточного содержания нефти и продуктов ее трансформации в почвах (ДОСНП) при проведении рекультивационных и иных восстановительных работ является актуальной для республики.
Норматив ДОСНП - это установленное остаточное содержание нефти и продуктов ее трансформации в почвах земельных участков, рекультивируемых под различные виды использования, исключающее возможность поступления поллютантов в сопредельные среды, при котором допускается вовлечение земельных участков в хозяйственный оборот по основному целевому назначению с возможными ограничениями [1].
Исследования, направленные на разработку нормативов ДОСНП, должны опираться на данные о совокупности свойств почвы и процессов, обусловливающих детоксикацию и разложение нефти и продуктов ее трансформации в почве [2, 3].
Проведенные комплексные исследования с использованием микробиологических, биохимических, токсикологических, физико-химических и биопродукционных (хронический лабораторно-вегетационный опыт) критериев [4] показали, что продукционный фактор является лимитирующим при определении допустимого уровня содержания нефти и продуктов ее трансформации в почве. Эксперименты по оценке фитопродуктивности позволили выявить статистически достоверные взаимосвязи величины биомассы тест-культур с остаточным содержанием нефти в почве.
Экспериментальная часть
Для проведения лабораторных экспериментов и опытов использовались образцы дерново-подзолистых, светло-серых лесных серых лесных, темно-серых лесных, дерновокарбонатных выщелоченных, дерново-карбонатных оподзоленных почв, черноземов оподзоленных, черноземов типичных фоновых (контрольных) и загрязненных сернистой нефтью почв.
Опытные варианты с заданными концентрациями нефтепродуктов (НП) готовились путем перемешивания в различных соотношениях загрязненных и фоновых почв.
Вегетационные опыты проводили в соответствии с [5]. В качестве тест-объектов использовали два вида растений - пшеницу яровую (Triticum vulgare L.) и горох посевной (Pisum sativum L.).
Семена растений предварительно калибровали. Всхожесть семян составляла не менее 95%. В каждый сосуд высаживалось по 10 семян. Количество повторностей каждого варианта - 3.
Диапазон начальных концентраций НП в опытных вариантах рассматриваемых почв для вегетационных экспериментов определялся по результатам предварительного тестирования в острых опытах с использованием в качестве тест-объекта семян пшеницы [6, 7].
Постановка опытов осуществлялась в лабораторных условиях при 16-ти часовом освещении «фитолампами» с интенсивностью 6000+1000 Лк. Температура окружающего воздуха составляла 23-26° С. Влажность почвы поддерживали на уровне 60% от полной влагоемкости.
Для выравнивания условий освещения и нагревания местоположение вегетационных сосудов ежедневно меняли, причем варианты располагали рендомизировано.
После учета проросших семян число растений в каждом горшочке сокращали до 8.
Учет биомассы проводили на 14 и 42 день после появления всходов [6, 7]. Величину фитомассы по сухому веществу определяли после высушивания до постоянного веса при температуре 65°С с точностью до 0,0001 г.
Окончательный расчет производился на основании данных, полученных в ходе 42дневного лабораторно-вегетационного опыта по сухой биомассе пшеницы и гороха. Для поиска пороговых значений использовался регрессионный анализ. Он проводился при условии, что статистически отличающимися от контроля являются не менее 3 значений рассматриваемых концентраций.
Результаты и обсуждение
Физико-химические свойства исследуемых почв
Результаты физико-химического анализа показали, что по гранулометрическому составу большинство рассматриваемых почв относится к тяжелосуглинистым и глинистым (табл. 1). Для дерново-подзолистой и дерново-карбонатной оподзоленной почв отмечена слабокислая реакция среды, а для остальных - нейтральная или близкая к нейтральной. Рассматриваемые почвы характеризуются высоким и средним содержанием органического вещества, что свойственно для рассматриваемых почв. Обеспеченность питательными элементами варьировала. Так повышенное содержание подвижного фосфора отмечено для дерново-подзолистой, светло-серой лесной и серой лесной почв. Для дерново-карбонатной и темно-серой лесной почв, чернозема оподзоленного и чернозема типичного показатели этого питательного элемента относительно низкие. Содержание подвижного калия в большинстве почвенных образцов достаточно высокое, кроме чернозема оподзоленного и чернозема типичного, где показатели этого питательного элемента имеют невысокие значения (табл. 1).
НП, г/кг Гумус, % Сорг,- % рНвоД. рНсол. “ г? 52 Кподв., мг/100г Nвал, % Гранулометрический состав (мм), %
1-0,25 0,25- 0,05 0,05- 0,01 0,01- 0,005 0,005- 0,001 <0,001 <0,01
Дерново-подзолистая
<0,05 6,4 3,4 5,88 5,52 13,1 23,1 0,25 3,04 21,26 40,20 10,95 12,40 12,35 35,7
Светло-серая лесная
<0,05 6,3 4,0 6,20 5,72 12,0 35,6 0,38 5,34 23,76 27,75 17,00 13,50 12,65 43,15
Серая лесная
<0,05 6,1 3,8 6,47 5,94 27,6 50,3 0,33 0,80 18,05 22,35 9,10 16,70 33,0 58,80
Темно-серая лесная
<0,05 4,8 2,5 5,98 5,02 5,9 19,5 0,14 0,74 6,06 35,3 7,75 14,8 35,35 57,9
Дерново-карбонатная выщелоченная
<0,05 3,9 2,1 6,20 5,29 5,2 19,5 0,113 4,84 19,46 15,2 7,40 17,15 35,95 60,5
Дерново-карбонатная оподзоленная
<0,05 4,7 2,5 5,30 4,80 6,4 20,6 0,129 0,42 19,58 37,65 7,05 10,65 24,65 42,35
Чернозем оподзоленный
<0,05 6,1 3,2 6,17 5,47 6,2 11,5 0,176 0,52 4,43 31,10 14,15 15,0 34,8 63,95
Чернозем типичный
<0,05 10,7 5,7 8,06 7,35 3,9 10,4 0,225 0,92 23,02 20,95 9,2 15,80 30,1 55,10
Определение фитопродуктивности растений в хронических вегетационных опытах
Результаты, полученные после проведения вегетационных экспериментов (42 дня), представлены в таблице 2.
Таблица 2 - Средняя урожайность тест-объектов (Triticum vulgare L., Pisum sativum L., сухая биомасса, г) при различных концентрациях нефтепродуктов в почвах
1 ,ерново-подзолистая
Начальная концентрация НП, г/кг <0,05 1,30 1,97 2,81 5,63
T. vulgare 0,5236 0,4817 0,4277 0,3377 0,2227
P. sativum 0,8869 0,9371 0,8251 0,8136 0,6497
Светло-серая лесная
Начальная концентрация НП, г/кг <0,05 0,33 0,76 1,32 2,95
T. vulgare 0,3461 0,4116 0,3214 0,2766 0,2399
P. sativum 0,86 0,81 0,71 0,56 0,59
Серая лесная
Начальная концентрация НП, г/кг <0,05 1,0 1,5 4,47 8,55
T. vulgare 0,377 0,333 0,2806 0,295 0,2063
P. sativum 0,8851 0,7018 0,7919 0,6760 0,5912
Темно-серая лесная
Начальная концентрация НП, г/кг <0,05 1,19 2,43 3,75 6,18
T. vulgare 0,5906 0,5822 0,4571 0,4137 0,3063
P. sativum 0,6118 0,6306 0,5771 0,5024 0,4505
Дерново-карбонатная выщелоченная
Начальная концентрация НП, г/кг <0,05 0,47 0,86 1,22 2,51
T. vulgare 0,2895 0,2824 0,2716 0,2491 0,2186
P. sativum 0,7801 0,7333 0,7314 0,7257 0,5683
Дерново-карбонатная оподзоленная
Начальная концентрация НП, г/кг <0,05 0,63 1,33 2,64 -
T. vulgare 0,5542 0,5179 0,4551 0,4191 -
P. sativum 0,8926 0,9052 0,7159 0,6743 -
Чернозем оподзоленный
Начальная концентрация НП, г/кг <0,05 2,51 4,28 6,49 -
T. vulgare 0,2597 0,2553 0,1533 0,1290 -
P. sativum 0,5194 0,4571 0,3276 0,3128 -
Чернозем типичный
Начальная концентрация НП, г/кг <0,05 1,08 3,29 5,19 8,62
T. vulgare 0,2037 0,1939 0,1457 0,1282 0,1084
P. sativum 0,5975 0,6366 0,4784 0,5065 0,4124
Из таблицы видно, что конечная биомасса растений определяется типом рассматриваемой почвы. Высокая урожайность пшеницы была отмечена в опытах на темносерой лесной и дерново-карбонатной оподзоленной почвах. Для гороха, наиболее благоприятными являлись дерново-карбонатная оподзоленная, серая лесная и дерновоподзолистые почвы, на которых зарегистрирован максимальный прирост биомассы. Минимальная урожайность испытанных тест-объектов наблюдалась в экспериментах на черноземах - оподзоленном и типичном.
В целом для всех подтипов характерна обратная зависимость между урожайностью растений и содержанием НП в почве. Пшеница в данном случае является более чувствительной к присутствию загрязнителя культурой. Для нее, в опытах с максимальными
испытанными концентрациями НП, отмечено 1,8-2,3-х кратное снижение урожайности. Однако, при исследовании относительно невысоких концентраций НП (варианты с дерновокарбонатной выщелоченной и дерново-карбонатной оподзоленной почвами), чувствительность обоих видов тест-растений практически не отличалась (табл. 2).
Расчет нормативов допустимого остаточного содержания нефти и продуктов ее трансформации
Нормативы ДОСНП устанавливаются с учетом вида дальнейшего использования земельных участков после проведения рекультивационных и иных восстановительных работ [1].
Так, на рекультивированных землях сельскохозяйственного назначения, в первую очередь не должно проявляться воздействие по лимитирующим показателям вредности и фитотоксическое действие НП на тест-объекты.
В основу критерия фитотоксического действия при расчетах были положены следующие положения:
- при угнетении роста корней до 20% по сравнению с контрольной пробой техногенно загрязненные почвы оцениваются как практически нетоксичные [8];
- фитотоксическое действие считается доказанным, если фитоэффект составляет 20 и более процентов [9];
- действующей может быть признана такая концентрация вещества, которая вызывает торможение развития корней проростков не менее чем на 20% относительно контроля [10];
- при низких эффектах воздействия токсикантов на тест-объекты результаты параллельных определений часто не удовлетворяют метрологическим характеристикам, установленным для тест-объектов;
- критерий должен учитывать границы относительной погрешности результатов измерения, заложенных конкретной МВИ.
Вышесказанное дало основание использовать в качестве критерия фитотоксического действия концентрацию нефтепродуктов в тестируемых почвах, при которой вышеназванные эффекты превышают 20% относительно контроля.
Расчет максимальных концентраций НП, не вызывающих фитотоксический эффект (ДК20), производился на основании данных, полученных в ходе 42-дневного вегетационного опыта [6, 7]. Окончательные нормативы рассчитывались по сухой биомассе пшеницы и гороха (табл. 2).
Для поиска пороговых значений ДК20, использовался регрессионный анализ. Полученные уравнения линейной регрессии и результаты расчета представлены в таблице 3.
Таблица 3 - Расчет предельной концентрации НП в почвах, при которых отсутствует фитотоксическое действие (ДК20)
Тип почвы Пшеница Горох
Уравнение линейной регрессии Я2 ДК20, г/кг Уравнение линейной регрессии Я2 ДК20, г/кг
Дерново-подзолистая у = -0,0579х+0,5371 0,95 2,04 у = -0,0527х+0,9681 0,91 4,91
Светло-серая лесная у = -0,0559х+0,3873 0,75 1,97 у = -0,0743х+0,7674 0,55 1,1
Серая лесная у = -0,0136х+0,3315 0,79 3,08 у = -0,0193х+0,7611 0,75 2,75
Темно-серая лесная у = -0,052х+0,6162 0,95 2,76 у = -0,036х+0,663 0,95 11,61
Дерново-карбонатная выщелоченная у = -0,0313х+0,2951 0,97 2,03 у = -0,0868х+0,7997 0,90 2,02
Дерново-карбонатная оподзоленная у = -0,0524х+0,5472 0,94 1,98 у = -0,0953х+0,9073 0,80 2,03
Чернозем оподзоленный у = -0,0227х+0,275 0,84 2,96 у = -0,035х+0,5205 0,90 2,99
Чернозем типичный у = -0,0116х+0,1983 0,93 3,05 у = -0,0239х+0,6135 0,81 5,67
Из таблицы 3 видно, что для большинства подтипов почв минимальные значения ДК20 были получены в экспериментах на односемядольном растении - пшенице. В вариантах со светло-серой лесной и серой лесной почвой большей чувствительностью характеризовались опытные варианты с двусемядольным растением - горохом.
Однако, учитывая, что согласно разделу «Статистический анализ» ГОСТ Р ИСО 220302009 значение коэффициента R2 должно быть выше 0,7, полученные результаты в вегетативных экспериментах с горохом на светло-серой лесной почве из-за недостаточной достоверности не могут быть использованы для расчета ДОСНП. За допустимое остаточное содержание нефти и продуктов ее трансформации в светло-серой лесной почве, следует принять концентрацию, рассчитанную по результатам вегетационных опытов на пшенице (таблица 3).
Исходя из вышесказанного, в качестве пороговых концентраций остаточного содержания нефти и продуктов ее трансформации для дерново-подзолистой, светло-серой лесной, темно-серой лесной, дерново-карбонатной выщелоченной, дерново-карбонатной оподзоленной почв, чернозема оподзоленного и чернозема типичного нами использовались данные полученные в лабораторном хроническом вегетационном опыты на пшенице (Triticum vulgare L.), а для серой лесной почвы - в опытах с горохом (Pisum sativum L.).
При определенных нами в вегетационных опытах в качестве допустимых концентраций НП в почвах миграционный водный, миграционный воздушный, транслокационный и общесанитарный показатели вредности не являются лимитирующими для установления нормативов ДОСНП [6, 7].
В соответствии с предложенной ранее схемой исследований [4] и по результатам проведенных экспериментов, в качестве нормативов допустимых остаточных концентраций нефти и продуктов ее трансформации после проведения рекультивационных и иных восстановительных работ для пахотных горизонтов тяжелосуглинистых и глинистых почв земель сельскохозяйственного назначения Республики Татарстан рекомендуются определенные по показателю фитопродуктивности следующие концентрации:
— для дерново-подзолистых, светло-серых лесных, дерново-карбонатных выщелоченных, дерново-карбонатных оподзоленных почв - 2,0 г/кг;
— для серых лесных и темно-серых лесных почв - 2,8 г/кг;
— для черноземов оподзоленных - 3,0 г/кг;
— для черноземов типичных - 3,1 г/кг.
Заключение
Для определения допустимого остаточного содержания нефти и продуктов ее трансформации проведены лабораторные комплексные исследования на черноземах оподзоленных, черноземах типичных, дерново-подзолистых, светло-серых лесных, серых лесных, темно-серых лесных, дерново-карбонатных выщелоченных и дерново-карбонатных оподзоленных почвах Республики Татарстан, загрязненных сернистой нефтью.
Проведенный анализ микробиологических, биохимических, токсикологических, физико-химических и биопродукционных процессов показал, что продукционный фактор является лимитирующим при определении допустимого уровня содержания нефти и продуктов ее трансформации в почвах сельскохозяйственного назначения [4, 6, 7]. С учетом этого, для расчетов ДОСНП земель сельскохозяйственного назначения нами использовались данные полученные в хронических лабораторных вегетационных опытах с использованием в качестве тест-объекта пшеницы (Triticum vulgare L.) и гороха (Pisum sativum L.).
Для пахотных горизонтов тяжелосуглинистых и глинистых почв земель сельскохозяйственного назначения Республики Татарстан, в качестве допустимых остаточных концентраций нефти и продуктов ее трансформации после проведения рекультивационных и иных восстановительных работ рекомендуются следующие концентрации:
— для дерново-подзолистых, светло-серых лесных, дерново-карбонатных
выщелоченных, дерново-карбонатных оподзоленных почв - 2,0 г/кг;
— для серых лесных и темно-серых лесных почв - 2,8 г/кг;
— для черноземов оподзоленных - 3,0 г/кг;
— для черноземов типичных - 3,1 г/кг.
С учетом использования в экспериментах образцов почв, загрязненных наиболее токсичной сернистой нефтью полученные результаты могут быть использованы для всех типов нефти, добываемой и транспортируемой в Республике Татарстан, а также для производимых и транспортируемых нефтепродуктов.
Литература
1. 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, утвержденные приказом Минприроды РФ от 12.09.2002 г. № 574.
2. Шагидуллин Р.Р. Методические подходы к нормированию содержания нефти и продуктов ее трансформации в почвах / Р.Р.Шагидуллин и др.// Экология и промышленность России. - 2011.-июнь. - С.24-28.
3. Вершинин А.А. Дыхательная активность дерново-карбонатной почвы, загрязненной дизельным топливом / А.А.Вершинин и др. //Вестник Казан. технол. ун-та. - 2011.- № 7.- С. 168-174.
4. Петров А.М. Разработка нормативов допустимого остаточного содержания нефти и продуктов ее трансформации в светло-серых лесных почвах Республики Татарстан. / А.М. Петров и др.// Экология и промышленность России. - 2011. - июнь. - С. 29-35.
5. ГОСТ Р ИСО 22033-2009. Качество почвы. Биологические методы. Хроническая токсичность в отношении высших растений.- М.: Стандартинформ, 2010. - 15с.
6. Материалы по обоснованию нормативов допустимого остаточного содержания нефти и продуктов ее трансформации (ДОСНП) в светло-серых и серых лесных почвах Республики Татарстан после проведения рекультивационных и иных восстановительных работ для земель сельскохозяйственного назначения: Ин-т проблем экологии и недропользования АН РТ; рук. Шагидуллин Р.Р.; исполн.: Петров А.М. [и др.].- Казань, 2010. - 125 с.
7. Материалы по обоснованию нормативов допустимого остаточного содержания нефти и продуктов ее трансформации (ДОСНП) в черноземах типичных, черноземах оподзоленных, дерновоподзолистых, темно-серых лесных и др. почвах Республики Татарстан после проведения рекультивационных и иных восстановительных работ для земель сельскохозяйственного назначения: Ин-т проблем экологии и недропользования АН РТ; рук. Шагидуллин Р.Р.; исполн.: Петров А.М. [и др.].- Казань, 2011. - 184 с
8. ФР. 1.39.2006.02264. Методика выполнения измерений всхожести семян и длины корней
проростков высших растений для определения токсичности техногенно загрязненных почв. - СПб.: 2009. - 19 с.
9. МР 2.1.7.2297-07. Обоснование класса опасности отходов производства и потребления по фитотоксичности. 2.1.7. Почва. Очистка населенных мест. Бытовые и промышленные отходы. -М:.,2007. - 7 с.
10. Методические рекомендации по гигиеническому обоснованию ПДК химических веществ в почве (утверждены заместителем главного государственного санитарного врача СССР 5 августа 1982 г. № 2609-82).
© А. М. Петров - канд. биол. наук, зав. лаб. Института проблем экологии и недропользования АН РТ, [email protected]; Э. Р. Зайнулгабидинов - канд. биол. наук, ст. науч. сотр. того же ин-та, [email protected]; Л. М. Сунгатуллина - науч. сотр. того же ин-та; Р. Р. Шагидуллин - канд. физмат. наук, дир. Института проблем экологии и недропользования АН РТ; Д. В. Иванов - канд. биол. наук, зам. дир., зав. лаб. Института проблем экологии и недропользования АН РТ, [email protected]; О. Ю. Тарасов - канд. хим. наук, зав. лаб. того же ин-та, [email protected]; Б. Р. Григорьян - канд. биол. наук, зав. лаб. того же ин-та.
