ПОЧВОВЕДЕНИЕ, 2008, № 10, с. 1258-1267
УДК 631.46
БИОЛОГИЯ ПОЧВ
МИКРОБИОЛОГИЧЕСКАЯ АКТИВНОСТЬ И ТОКСИЧНОСТЬ НЕФТЕЗАГРЯЗНЕННЫХ СОРОВЫХ СОЛОНЧАКОВ И НАСЫПНЫХ ГРУНТОВ НА МЕСТОРОЖДЕНИИ СЕВЕРНЫЕ БУЗАЧИ
(КАЗАХСТАН)*
© 2008 г. Т. Г. Тыныбаева1, Н. В. Костина2, А. М. Терехов2, А. В. Кураков1
1 Международный учебно-научный биотехнологический центр МГУ им. М.В. Ломоносова,
119991, Москва, Ленинские горы 2 Факультет почвоведения МГУ им. М.В. Ломоносова, 119991, Москва, Ленинские горы
E-mail: kurakov57@mail.ru Поступила в редакцию 07.05.2007 г.
Количество КОЕ микроорганизмов, запасы жизнеспособной биомассы и интенсивность микробиологических процессов (дыхания, азотфиксации, денитрификации и разложения целлюлозы) в соро-вых солончаках и песчано-суглинистых насыпных грунтах территории газо-нефтяного месторождения Северные Бузачи значительно ниже, чем в других типах почв, что указывает на очень ограниченные способности к самоочищению этих субстатов. При загрязнении нефтью в концентрациях 100-600 мг/кг в них повышалась численность КОЕ копиотрофных бактерий, снижалось количество актиномицетов и грибов, возрастали запасы жизнеспособной биомассы, скорость эмиссии диоксида углерода, потенциальной азотфиксации и денитрификации. Микробные сообщества соровых солончаков имели невысокую активность и узкий спектр потребления вносимых субстратов. Биотестирование с Artemia salina L. показало, что хотя большинство образцов почв и грунтов не токсичны, есть участки земель 4-го класса опасности. Прорастание семян Lepidium sativum L. в почвах и грунтах вне зависимости от концентрации нефти (диапазон 30-600 мг/кг) подавлено из-за солевого токсикоза.
ВВЕДЕНИЕ
При современном уровне технологий от 1.0 до 16.5% нефти и продуктов ее переработки теряется при добыче, переработке и транспортировке. Величина мировых потерь сырой и товарной (обессоленной) нефти составляет п • 107 т/год, из них 20% приходится на мировой океан, остальные -на почвы и пресные воды.
Контаминация почв нефтью приводит к потере ими плодородия, загрязнению углеводородами и сопутствующими токсическими веществами сопредельных сред и негативному воздействию на живые организмы [7, 9].
Крупные месторождения нефти и газа интенсивно эксплуатируются в настоящее время в западном Казахстане. На производственных площадках нефтепромыслов, вдоль линий нефтепроводов и транспортных коммуникаций, на участках разведочного и геофизического бурения широкое распространение получают антропогенно-деградированные почвы. Они возникают из-за механических нарушений почвенного покрова, аварий на скважинах, повреждений и коррозии
трубопроводов, прорывов карт с нефтешламом и
*
Работа выполнена при поддержке грантов РФФИ < 06-04-48527 и НШ < 8797.2006.4.
буровыми отходами, контаминации почв сточными водами и токсичными выбросами в атмосферу. Многие месторождения в этом регионе располагаются на засоленных почвах, что значительно осложняет их рекультивацию и усиливает коррозионную опасность окружающей среды.
Целью работы была характеристика микробиологической активности и биотестирование токсичности нефтезагрязненных соровых солончаков и насыпных песчано-суглинистых грунтов площадок с технологическим оборудованием на месторождении Северные Бузачи в Казахстане.
ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ
Месторождение Северные Бузачи располагается в западном Казахстане на п-ове Бузачи на расстоянии 30 км от Каспийского моря. По биоклиматическим показателям регион относится к пустынному типу ландшафтов и характеризуется крайне неблагоприятными условиями - повышенной солнечной радиацией, сильными ветрами, значительной годовой амплитудой температур, малым количеством осадков. Концентрация солей в почве и близко (0.3-2 м) подходящих к поверхности грунтовых водах столь высока, что более 70% территории полностью лишены расти-
тельности. Растительный покров представлен солевыносливыми видами: сарсазаном (Halocnemum strobilaceum (Pall.) Bieb.) и однолетними солянками (Climacoptera crassa (Bieb.) Botsch., Salsola paulsenii Litv., Salsola nitraria Pall.). По окраине сора в экотоне формируются одновидовые сообщества сарсазана шишковатого (Halocnemum strobilaceum (Pall.) Bieb.), которые образуют небольшие фитогенные бугры. Территория месторождения представлена преимущественно соровыми солончаками, а на прилегающих участках распространены также корково-пухлые (типичные) солончаки, серо-бурые и песчаные почвы. Соровые солончаки месторождения имеют суглинистый и супесчаный гранулометрический состав, в котором преобладают (около 60-70%) мелко- и среднезернистые фракции размерностью 0.05-0.25 мм [17-19].
В связи с близким залеганием грунтовых вод влажность почвы (за исключением небольшого верхнего слоя толщиной в несколько сантиметров) на глубине 5-20 см и ниже высокая - 20-65%. Солончаки характеризуются бесструктурным сложением, наличием поверхностной соляной корки (0.5-2 см) и низкой нефтеемкостью -около 100 г/кг.
Образцы почв отбирали на территории сани-тарно-защитной зоны (СЗЗ), песчано-суглини-стого насыпного грунта с площадок, на которых расположены скважины NB-8, 14, 53, 632, замерное устройство (ЗУ-3, ЗУ-2), центральная насосная станция (ЦНС), а также соровых солончаков, примыкающих к этим площадкам (в 20-100 м). С каждой площадки отбирали 5-10 индивидуальных образцов с глубины 0-20 см методом случайной выборки и готовили смешанный образец весом 0.6-0.8 кг. До проведения микробиологических анализов образцы хранили при температуре 5°С, для химических анализов высушивали до воздушно-сухого состояния при температуре 25-35°С.
Валовое содержание азота, углерода и серы определяли на элементном анализаторе (VarioEL, Германия) при температуре 1150°С, концентрацию подвижного фосфора и калия по Кирсанову, рН, аммония, нитратов, водорастворимых солей и емкость обменных катионов - согласно рекомендуемым стандартным методам [16].
Содержание углеводородов нефти в почвах исследовали путем экстракции их четыреххлори-стым углеродом на КН-2 методом ИК-спектро-метрии в области 3000-3420 нм (ПНДФ 16.1 : 22.22-98).
В проанализированных образцах соровых солончаков содержание водорастворимых солей варьировало в диапазоне от 0.8 до 5.8%, в отдельных случаях достигало 10%, в насыпных песчано-суглинистых грунтах площадок, на которых располагается технологическое оборудование, - 2%,
в нефтешламе - 0.3%, буровых отходах - 2.04% (табл. 1).
Засоление имеет хлоридно-сульфатный характер, отношение С1/Б04 варьирует по профилю от 1 до 17, солевая корка на поверхности почвы на 98% состоит из КаС1. Содержание карбонатов также высокое, в поверхностных слоях - 1.8-9.6%, с глубиной их количество увеличивается до 8.3-9.5% [18, 19, 22]. Количество легкорастворимых солей в верхнем горизонте заметно выше в осенний период, чем весной, что обусловлено выпотным режимом в этих почвах.
Согласно мониторингу содержания углеводородов нефти, тяжелых металлов и мышьяка в соровых солончаках и грунтах, с первых лет разработки (с 1998 г.) газо-нефтяного месторождения по 2006 г. концентрация нефти в соровом солончаке и насыпных песчано-суглинистых грунтах площадок с оборудованием, которые не имели визуально видимых признаков загрязнения, не превышала ПДК - 1000 мг/кг. Загрязнение почв нефтью произошло в период начала активного бурения и добычи нефти (2000-2003 гг.). Содержание углеводородов увеличилось по сравнению с фоновым в 5-10 крат, до 200-600 мг/кг почвы/грунта. В последующие годы (2004-2006 гг.) наблюдали снижение концентрации углеводородов нефти в почвах и грунтах, обусловленное технической рекультивацией и природными процессами. В соровых солончаках и грунтах технологических площадок месторождения с 1998 по 2006 гг. возросла концентрация свинца, меди, цинка, кобальта, кадмия, ванадия и никеля - в 1.5-3 раза, мышьяка в 2.5-5 раз. Концентрация никеля, цинка и свинца в солончаках и насыпных грунтах в настоящее время приближается к уровню ПДК для песчаных почв, для меди и ванадия она в 1.5-4 раза ниже ПДК. Максимально опасный уровень загрязнения почв и грунтов установлен для мышьяка [11].
Соровые солончаки характеризуются щелочным рН, низкой гидролитической кислотностью (0.35-1.05 мг-экв/100 г), невысокой емкостью обменных катионов (Са + М§, мг-экв/100 г - 23.238.2), большим содержанием аммонийного азота (2.6-10.5 мг 1ЧН4/100 г ), чем нитратов (1.4-2.0 мг К0з/100 г) [18, 20]. Нефтезагрязненные почвы и насыпной грунт имеют значительно более высокое содержание общего углерода, азота, серы, подвижного фосфора. Достоверного роста концентрации обменного калия при загрязнении почв нефтью не установлено, но тенденцию увеличения можно констатировать.
Микробиологическая характеристика соровых солончаков включала оценку методами посевов численности КОЕ (колониеобразующих единиц) бактерий на богатых средах - рыбо-пептон-ном агаре (РПА) и бедных средах - РПА, разбавленном 10-кратно и голодном агаре. Для
Таблица 1. Химические свойства почв в санитарио-защитиой зоне и соровых солончаков и песчано-суглинистых насыпных грунтов технологических площадок на территории месторождения Северные Бузачи
Место отбора образца Содержание углеводородов нефти, мг/кг рН Содержание солей, % С N S P K
валовое содержание, % мг/кг (по Кирсанову)
NB-53, соровый солончак 9.2 4.422 0.020 2.869 198 78.2
площадка, грунт 680 8.2 1.3 6.707 0.025 0.501 223 398
NB-632, соровый солончак 100 7.5 0.8 5.165 0.069 1.926 - -
площадка, грунт 3410 1.6 5.798 0.017 0.725 - -
NB-8, соровый солончак 110 8.5 5.8 3.131 0.053 4.865 198 79.9
насыпной грунт 220 7.4 2.0 - - - - -
Скважина 165, соровый солончак 68070 - - 6.0 0.030 - - -
ЦНС, соровый солончак 150 8.1 10 - - - - -
ЗУ-3, площадка, грунт 9400 8.4 2.0 6.669 0.035 2.038 187 449
ЗУ-3, соровый солончак 7800 - - - - - - -
Нефтешлам 116100 7.6 0.3 8.387 0.040 2.137 247 580
Отработанные буровые отходы 190 7.8 2.0 5.165 0.159 5.352 222 370
Соровый солончак в СЗЗ в 300 м от 120 8.5 2.935 0.020 2.205 - -
шламосборника
Серо-бурая почва СЗЗ у вахтового 39 7.8 0.7 - - - - -
городка
Фоновый соровый солончак в СЗЗ 50 7.
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.