научная статья по теме ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ РЕКУЛЬТИВАЦИИ ПОЧВ В УСЛОВИЯХ ДОБЫЧИ УГЛЕВОДОРОДОВ ПОСРЕДСТВОМ АНАЛИЗА АКТИВНОСТИ ДЕГИДРОГЕНАЗЫ Сельское и лесное хозяйство

Текст научной статьи на тему «ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ РЕКУЛЬТИВАЦИИ ПОЧВ В УСЛОВИЯХ ДОБЫЧИ УГЛЕВОДОРОДОВ ПОСРЕДСТВОМ АНАЛИЗА АКТИВНОСТИ ДЕГИДРОГЕНАЗЫ»

АГРОХИМИЯ, 2014, № 6, с. 84-88

УДК 631.453:632.122.2:631.465

ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ РЕКУЛЬТИВАЦИИ ПОЧВ В УСЛОВИЯХ ДОБЫЧИ УГЛЕВОДОРОДОВ ПОСРЕДСТВОМ АНАЛИЗА АКТИВНОСТИ ДЕГИДРОГЕНАЗЫ

© 2014 г. Р. В. Галиулин1, В. Н. Башкин23, Р. А. Галиулина1

1Институт фундаментальных проблем биологии РАН 142290 Пущино Московской обл., ул. Институтская, 2, Россия 2Институт физико-химических и биологических проблем почвоведения РАН 142290 Пущино Московской обл., ул. Институтская, 2, Россия 3ООО "Газпром ВНИИГАЗ" 142717 пос. Развилка Московской обл., Россия E-mail: galiulin-rauf@rambler.ru

Поступила в редакцию 21.01.2014 г.

Представлена концепция оценки эффективности рекультивации механически нарушенных, загрязненных углеводородами и пирогенных почв в условиях добычи углеводородов, посредством анализа активности дегидрогеназы. Приведены примеры рекультивации различных почв с помощью торфа и биокомпоста.

Ключевые слова: добыча углеводородов, почвы, рекультивация, активность дегидрогеназы.

ВВЕДЕНИЕ

При проезде техники для осуществления геологоразведки, бурения скважин, обустройства и эксплуатации промыслов по добыче углеводородов (нефти, газа и газового конденсата) происходит механическое воздействие на почву, при котором она частично или полностью лишается плодородного слоя. В условиях эксплуатации промыслов по добыче углеводородов не исключены ситуации, приводящие к аварийному или хроническому загрязнению почвы нефтью и газовым конденсатом, а также пирогенизации (выгоранию) такой почвы в случае возникновения пожара.

Как на практике можно решить эти геоэкологические проблемы, возникающие в условиях добычи углеводородов? Для рекультивации (восстановления плодородия), в частности, механически нарушенной почвы, предлагается ее покрывать смесью торфа и песка в отношении 1 : 4 толщиной до 5-6 см [1]. Для рекультивации загрязненной углеводородами и пирогенной почвы используют биокомпосты, представляющие собой торфо-на-возную, торфо-пометную или другую смесь, переработанную под действием ферментов, а также обогащенную микроорганизмами (106 кл./г) и питательными веществами [2-4].

Однако в полевых условиях об эффективности рекультивации различных почв можно будет

судить только спустя продолжительное время с начала этого мероприятия, которое, в зависимости от климатических условий, может составлять от одного года до десятков лет. Поэтому крайне важной становится предварительная оперативная оценка эффективности рекультивации механически нарушенных, загрязненных углеводородами и пирогенных почв с анализом ключевых показателей плодородия почвы, к числу которых относится активность фермента дегидрогеназы. Известно, что дегидрогеназу продуцируют микроорганизмы и корневая система растений, и она катализирует реакцию дегидрирования (отщепления водорода) органических веществ (углеводов, спиртов, органических кислот и др.), поступающих в почву с растительными остатками [5]. Активность дегидрогеназы коррелирует с общим количеством микроорганизмов в почве и при ее определении реально можно анализировать соответствующую функциональную активность микрофлоры [6].

Цель работы - представление концепции оценки эффективности рекультивации механически нарушенных, загрязненных углеводородами и пирогенных почв в условиях добычи углеводородов посредством анализа активности дегидрогеназы и иллюстрации примеров по рекультивации различных почв с помощью торфа и биокомпоста.

КОНЦЕПЦИЯ ОЦЕНКИ ЭФФЕКТИВНОСТИ РЕКУЛЬТИВАЦИИ РАЗЛИЧНЫХ ПОЧВ ПОСРЕДСТВОМ АНАЛИЗА АКТИВНОСТИ ДЕГИДРОГЕНАЗЫ

Как было отмечено ранее, при механическом воздействии почва лишается верхнего слоя (010 см), характеризующегося на порядок большим количеством микроорганизмов, чем нижележащие слои, следовательно, максимальной активностью дегидрогеназы. Рекультивацию механически нарушенной почвы проводят посредством торфа как органогенной, образующейся в условиях анаэробиозиса, породой, состоящей из остатков растений, продуктов их разложения (гумуса), минеральных частиц и определенного пула микроорганизмов. Внесение торфа в почву должно восстановить ее плодородие и повысить активность дегидрогеназы.

При загрязнении почвы углеводородами нефти и газового конденсата уменьшается численность аэробных групп микроорганизмов в результате закупорки воздушных пор и полостей почвы [7]. Снижается также активность дегидрогеназы, несмотря на то, что в почве создаются условия доминирующего анаэробиозиса. Рекультивация загрязненной углеводородами почвы посредством биокомпоста, характеризующегося определенным пулом углеводородоокисляющих микроорганизмов и питательных веществ, должна восстановить плодородие почвы через стимулирование процесса разложения углеводородов и повысить активность дегидрогеназы, катализирующей отщепление водорода от молекул продуктов окисления углеводородов.

Известно, что пожар оказывает негативное воздействие на микробный комплекс почвы, что выражается в уменьшении количества основных групп микроорганизмов [8]. При этом в почве выживают только термотолерантные неспороносные бактерии и споровые формы многих микробных видов, которые сохраняются в адсорбированном состоянии на обугленных материалах и во внутренней их части, незатронутой сильным воздействием огня. При пирогенизации почвы отмечено также резкое уменьшение активности дегидро-геназы и других ферментов [9]. Рекультивация пирогенной почвы посредством биокомпоста, характеризующегося определенным пулом микроорганизмов и питательных веществ, должно восстановить ее плодородие и повысить активность дегидрогеназы.

ПРИМЕРЫ ПО РЕКУЛЬТИВАЦИИ РАЗЛИЧНЫХ ПОЧВ С ПОМОЩЬЮ ТОРФА И БИОКОМПОСТА

Приведенные ниже примеры по рекультивации различных почв с помощью торфа и биокомпоста представляют собой результаты опытов 2-х типов: в лабораторных контролируемых гидротермических условиях с инкубацией почв в чашках Петри (in vitro) и полевых условиях (in situ). Оценку эффективности рекультивации осуществляли посредством анализа активности анаэробной дегидрогеназы по методике [5]. В опытах in situ проводили также посев и выращивание смеси многолетних трав (15-30 г семян на 1 м2) из числа корневищных и корнеотпрысковых растений: мятлика лугового (Poa pratensis), овсяницы красной (Festuca rubra), полевицы белой (Agrostis alba) и др.

В первом опыте in vitro продолжительностью 30 сут проводили рекультивацию двух механи-че ски нарушенных тундровых связнопесчаных почв с рНИ2о 5.1 и 5.9 (Ямало-Ненецкий автономный округ), отобранных из участков в районе расположения установок комплексной подготовки газа, обеспечивающих сбор и обработку природного газа и газового конденсата в соответствии с требованиями отраслевых и государственных стандартов [10]. Для рекультивации почв применяли торф, который добавляли в почву в отношении 1:4, а в качестве эталонной почвы использовали местный торфяно-глеезем типичный тундровый. В течение всего периода наблюдения добавление торфа существенно повышало активность дегид-рогеназы нарушенной почвы без растительности и особенно почвы с фрагментарной растительностью соответственно на 11.4-23.4 и 29.1-51.9% относительно почв без добавления торфа, что подтвердило эффективность рекультивации механически нарушенных почв с помощью торфа (табл. 1).

Во втором опыте in vitro продолжительностью 40 сут проводили рекультивацию серой лесной тяжелосуглинистой почвы с рННг0 6.2 (Московская обл.), загрязненной нефтью (50 и 100 г/кг) [11]. Рекультивацию почвы осуществляли с помощью биокомпоста ПИКСА, изготовленного из торфо-навозной смеси [2]. При внесении биокомпоста в дозах 50-200 г/кг почвы активность дегидро-геназы по сравнению с вариантом без внесения биокомпоста возрастала в 3.5-17 раз (табл. 2). Параллельный анализ содержания углеводородов в почве методом инфракрасной спектрометрии и расчет времени практически полного разложения углеводородов нефти (Т99) показали, что с увели-

Таблица 1. Эффективность рекультивации механически нарушенных тундровых почв с помощью торфа в опыте in vitro

Образец

5 10 20 30

Торф 129 100 97 101

Механически нарушенная почва без растительности 9.2 6.7 7.6 5.9

То же + торф, 4 : 1 32.6 23.9 19.0 23.7

Механически нарушенная почва с фрагментарной расти- 18.6 13.6 15.1 11.9

тельностью

То же + торф, 4 : 1 70.5 58.6 59.9 41.0

Активность дегидрогеназы, % от активности эталонной почвы

Время от начала эксперимента, сут

Таблица 2. Эффективность рекультивации серой лесной почвы, загрязненной нефтью с помощью биокомпоста в опыте in vitro

Активность дегидроге-Вариант назы, мг 2,3,5-трифе- Т99, сут

нилформазана/г/сут

Исходное содержание нефти 50 г/кг почвы

Без биокомпоста 0.1 I 329 Биокомпост, г/кг почвы

50 0.7 184

100 1.4 69

200 1.7 61 Исходное содержание нефти 100 г/кг почвы

Без биокомпоста 0.2 1150

Биокомпост, г/кг

почвы

50 0.7 658

100 2.3 288

200 2.3 159

чением активности дегидрогеназы продолжительность разложения углеводородов сокращалась в 1.7-7.2 раза.

В третьем опыте in situ продолжительностью 42 сут проводили рекультивацию черноземной тяжелосуглинистой почвы с рНкс1 7.2 из участка дожимной компрессорной станции (Ставропольский край), обеспечивающей расчетное давление магистрального газопровода по мере снижения пластового давления [12]. Участок хронически загрязняется газовым конденсатом через "продувочную свечу" (вертикальную трубу с оголовком), и характеризуется полным отсутствием растительности и эрозией почвы. Рекультивацию

почвы осуществляли также с помощью биокомпоста ПИКСА. Анализ содержания углеводородов газового конденсата в поверхностном слое почвы, проведенный методом инфракрасной спектрометрии, показал неравномерный характер загрязнения участка вокруг "продувочной свечи", т. е. в разных местах количество веществ менялось в пределах 1.8-5.4 г/кг в течение продолжительного периода времени (3.5 мес.). Активность дегидрогеназы этой почвы до внесения биокомпоста оказалась низкой и составляла всего 6.5% от активности фермента почвы незагрязненного участка. После внесения в загрязненную почву биокомпоста в дозах 4 и 8 кг/м2 активность дегид-рогеназы возрастала соответственно в 3 и

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.

Показать целиком