АГРОХИМИЯ, 2008, № 10, с. 69-73
УДК 631.465:632.122.2
БИОЛОГИЧЕСКАЯ ИНДИКАЦИЯ РЕМЕДИАЦИИ ПОЧВЫ, ЗАГРЯЗНЕННОЙ ГАЗОВЫМ КОНДЕНСАТОМ
© 2008 г. Р. В. Галиулин, Р. А. Галиулина, Э. Б. Бухгалтер*, В. Н. Башкин*, И. Е. Сидорова*,
А. В. Грунвальд*, А. Ю. Семенцов**
Институт фундаментальных проблем биологии РАН 142290 Пущино Московской обл., Россия E-mail:rauf@issp.serpukhov.su *Научно-исследовательский институт природных газов и газовых технологий
115583 Москва, а/я 130, Россия **Научно-производственное объединение "ПИКСА" 125252 Москва, Россия Поступила в редакцию 15.01.2008 г.
Микрополевые опыты на черноземной почве, загрязненной газовым конденсатом, на территории одного из предприятий (дожимной компрессорной станции) газовой отрасли России показали, что внесение в 0-15 см слой почвы различных доз (4-16 кг/м2) биоорганического удобрения пикса и экспозиции в течение 42 сут оказывало ремедиационный эффект. Положительное действие удобрения оценивали посредством биологической индикации, которая заключалась в анализе активности почвенных ферментов каталазы и дегидрогеназы, а также посеве и выращивании на участке многолетних трав в качестве тест-растений.
ВВЕДЕНИЕ
Газовый конденсат - это смесь жидких углеводородов (пентан + высшие гомологи), которая выделяется из природных газов при эксплуатации га-зоконденсатных залежей [1]. При добыче, транспортировке и в процессе первичной обработки газа не исключаются инциденты, связанные с загрязнением окружающей среды этим веществом. В работе [2] описан случай аварии на конденсатопроводе в Оренбургской обл., приведший к попаданию в окружающую среду газового конденсата в количестве ~145 м3, в результате которого общая площадь загрязнения веществом составила 5.2 га, в том числе почвы - 4.5 га. Экологический риск загрязнения окружающей среды газо-
вым конденсатом может быть оценен по санитарно-гигиеническим нормативам составляющих его бензиновых и керосиновых компонентов, что позволяет говорить о недопустимости их попадания, в частности, в водные объекты (табл. 1) [3]. В вышеописанном случае последствия загрязнения почвы ликвидировались путем срезания ее слоя на глубину до 10 см вместе с растительностью и дальнейшим вывозом собранной почвенной массы на утилизацию.
Альтернативой к такому кардинальному подходу мог бы послужить "мягкий", не нарушающий почвенный покров способ ремедиации in situ, заключающийся во внесении в загрязненный слой почвы средства, обладающего большой сорбцион-
Таблица 1. Санитарно-гигиенические нормативы для компонентов газового конденсата [3]
Компонент газового конденсата Показатель Значение
Бензин ПДК в воздухе рабочей зоны 100 мг/м3
ПДК в атмосферном воздухе, максимальная разовая (в пересчете на С) 0.05-5 мг/м3
ПДК в атмосферном воздухе, среднесуточная (в пересчете на С) 0.05-1.5 мг/м3
ПДК в воде 0.1 мг/л
Керосин ПДК в воздухе рабочей зоны (в пересчете на С) 300 мг/м3
ПДК в воде 0.01-0.1 мг/л
Таблица 2. Физико-химическая характеристика почв
Место обследования почв Содержание, %
расстояние PHKCl ил, <0.001 мм физическая физический
участок до источника глина, песок,
загрязнения, м <0.01 мм >0.01 мм
Фоновый >100 7.1 15.2 37.8 62.2
Территория дожим- 0.5 7.1 31.9 56.3 43.7
ной компрессорной
станции 3 7.2 30.4 52.8 47.2
6 7.3 31.7 56.9 43.1
ной способностью для впитывания избыточного количества газового конденсата, а также содержащего достаточный пул углеводородокисляю-щих микроорганизмов и запас питательных элементов для их стимулирования. Анализ литературы показал, что таким требованиям отвечает биоорганическое удобрение пикса, изготавливаемое по специальной технологии из навоза или птичьего помета с добавлением торфа и обогащенное микрофлорой и питательными элементами [4].
Процесс очистки почвы от газового конденсата в этих условиях целесообразно контролировать не только путем химического анализа его остаточного содержания, но и методами биологической индикации, в числе которых могут быть анализ активности почвенных ферментов, принимающих непосредственное участие в трансформации углеводородов газового конденсата, а также посев и выращивание на участке тест-растений. Преимущество определения активности почвенных ферментов перед химическим анализом состоит в том, что его можно осуществлять экспрессно - посредством простых, достаточно чувствительных, точных и доступных методов. В совокупности эти два метода позволяют судить о восстановлении плодородия загрязненной почвы в результате ее ремедиации.
Цель работы - биологическая индикация ремедиации черноземной почвы, загрязненной газовым конденсатом на территории одного из предприятий газовой отрасли России (дожимной компрессорной станции).
МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ
Объект исследования - черноземная почва территории дожимной компрессорной станции, служащей для обеспечения работы промысла в период компрессорной эксплуатации газового месторождения [5]. На одном из участков этой станции находится источник эмиссии газового конденсата, который со временем создал на нем эффект "тех-
ногенной пустыни", характеризующийся полным отсутствием растительности и сформированным в почвенном профиле "маслянистым" горизонтом, что свидетельствовало о значительном загрязнении почвы. На первом этапе исследований для оценки ситуации отбирали почвенные образцы из слоя 0-15 см на расстоянии 0.5, 3, 6 и >100 м от источника эмиссии. На втором этапе на загрязненном участке был заложен микрополевой опыт с рендомизированным расположением делянок размерами 0.5 х 0.5 м и продолжительностью 42 сут. В делянки после механической обработки почвы вносили с заделкой различные дозы (4, 8, 12 и 16 кг/м2) биоорганического удобрения пикса в качестве ремедиирующего агента. Повторность опыта трехкратная. На делянках производили посев смеси многолетних трав: мятлика лугового (Poa pratensis), овсяницы красной (Festica rubra), райграса пастбищного (Lolium perenne), гребенника обыкновенного (Cynosurus cristatus), полевицы белой (Agrostis alba) и обыкновенной (A. vulgaris). Контрольный вариант представлял собой делянку без внесения ремедиирующего агента.
Оценивали биохимическую активность почвы посредством анализа активности почвенной ката-лазы и дегидрогеназы [6] и продуктивность многолетних трав, определяя сырую биомассу целых растений.
Статистическую обработку экспериментальных данных проводили общепринятыми методами. При этом доверительный интервал для среднего значения показателей различных вариантов опытов рассчитывали при P1 = 0.05.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
Хроническое загрязнение участка газовым конденсатом на территории дожимной компрессорной станции выразилось в постоянном ощущении специфического запаха бензиновых и керосиновых компонентов данного вещества, исходяще-
Таблица 3. Активность ферментов почв различных участков
Место обследования почв Каталаза, мл О2/мин/г Дегидрогеназа, мкг ТФФ*/г/сут
участок расстояние до источника загрязнения, м
Фоновый >100 4.4 а** 763 а
Территория дожимной 0.5 0.6 б 51.3 б
компрессорной станции 3 1.0 в
46.4 б
6 1.6 г 52.1 б
* 2,3,5-трифенилформазан.
** Существенные различия между вариантами (при Р^ = 0.05) указаны посредством различных букв. То же в табл. 4, 5.
го из почвы и образовании в почвенном профиле "маслянистого" горизонта, что свидетельствовало о формировании "технозема". При практически одинаковых значениях потенциальной кислотности (рНкс1) почв фонового и загрязненного участков наблюдали существенные различия в их гранулометрическом составе (табл. 2). Относительное содержание ила и физической глины на загрязненном участке было соответственно в 22.1 и 1.4-1.5 раза большим, физического песка - в 1.3-1.4 раза меньшим, чем на фоновом участке. Это явление можно объяснить насыщенностью почвы углеводородами газового конденсата, и следовательно, плохой смачиваемостью, что предотвращало потерю глины, в том числе и ила, в результате водной эрозии.
Использование для биологической индикации загрязненности почвы и эффекта ее ремедиации таких показателей, как активности каталазы и дегидрогеназы, связано с непосредственным участием этих ферментов в процессе трансформации углеводородов [7-9]. В условиях экстремально высокого содержания газового конденсата в почве уровни активности этих ферментов оказались ниже их активности в почве фонового участка соответственно в среднем в 2.8-7.3 и 14.6-16.4 раза, что свидетельствовало об ингибирующем действии углеводородов газового конденсата (табл. 3). Была выявлена четкая зависимость между уровнями активности каталазы и расстоянием до источника эмиссии газового конденсата, т.е. с приближением к нему активность фермента постепенно снижалась в среднем от 1.6 до 2.7 раза. Такая же закономерность для активности дегидрогеназы не отмечена. По-видимому, каталаза оказалась более устойчивой к действию сверхвысоких количеств газового конденсата, что в данном случае связано с проявлением активности внеклеточной формы данного фермента, находящегося в иммобилизованном почвой, защищенном от неблаго-
приятных факторов состоянии, в отличие от его внутриклеточной формы [10]. Дегидрогеназа проявила лабильность к действию экстремально высокого содержания загрязнителя, что было связано с подавлением ее активности преимущественно внутриклеточной, менее устойчивой формы данного фермента [11].
При внесении ремедиирующего агента активность каталазы и дегидрогеназы возрастали соответственно в среднем в 1.9-2.8 и 5.7-8.9 раза по сравнению с вариантом без внесения этого агента, наиболее значительно - при дозе 8 кг/м2 (табл. 4). Повышение активности каталазы и дегидрогеназы при внесении ремедиирующего агента может свидетельствовать о процессе микробиологической трансформации углеводородов газового конденсата, проходящей через стадию образования перекисей, а при разрыве цепей углеродных
Таблица 4. Активность ферментов при внесении в почву биоорганического удобрения пикса (микрополевой опыт, продолжительность 42 сут)
Вариант Каталаза, мл О2/мин/г Дегидрогеназа, мкг ТФФ*/г/сут
Без удобрения (контроль) 1.4 а** 53.4 а
Биоорганическое удобр
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.