Изменение основных свойств почвы при длительном воздействии на неё нефтепродуктов

Характер и степень влияния нефти на экосистему определяется видовым составом растительного покрова, объемом и свойствами ингредиента, временем года и другими факторами.

Наиболее токсичными являются углеводороды нефти с температурой кипения t_к=150-175^оС. Углеводороды с меньшей температурой оказываются либо малотоксичными, либо безопасными, особенно летучие фракции, которые испаряются с поверхности растений и почв, не успевая проникнуть через растительную ткань.

Загрязнение почвы нефтью и нефтепродуктами вызывает существенное изменение в морфологических свойствах почвы.

Нефть проникает в большинстве случаев на глубину 5-10 см. хотя иногда мощность битуминизированного слоя может достигать 40-50 см. При этом верхняя часть гумусосодержащего горизонта приобретает смолисто-черную окраску, происходит склеивание структурных отдельностей. В результате закупорки капилляров почвы нефтью сильно нарушается аэрация, создаются анаэробные условия, нарушается окислительно-восстановительный потенциал. В составе почвенного воздуха преобладают легкие токсичные фракции нефти. Битуминизирование ухудшает водопроницаемость почвы. Ее смачиваемость; талые и дождевые воды на замазученых участках не впитываются в почву, а стекают по склонам [10].

При загрязнении почвы нефтью и нефтесодержащими отходами происходит подщелачивание почвенных растворов, рН водной суспензии в верхних горизонтах повышается; увеличивается количество углеводородов, что ведет к возрастанию запасов углерода во всех генетических горизонтах; наличие нефти и нефтепродуктов в почве способствует подавлению реакций аммонификации, нитрификации, т.е. снижает самоочищающую способность почвы. К тому же при этом наблюдается образование двухвалентного железа, увеличивается содержание одно- и двухвалентных катионов в почвенном растворе, туда они поступают из нефтяной эмульсии, возрастает количество органических и минеральных коллоидов, связанных с поступлением загрязняющего вещества в почву. Это вызывает перестройку почвенно-поглощающего комплекса.

Вредное экологическое воздействие смолисто-асфальтеновых соединений на почву заключается не в химической токсичности, а в изменении вводно-физических свойств почвы. Обычно смолисто-асфальтеновые компоненты сорбируются в верхнем, гумусовом горизонте. При этом уменьшаются поры в почве. Гидрофобные смолисто-асфальтеновые компоненты, обволакивая корни растений, резко ухудшают поступление к ним влаги, в результате чего растения быстро погибают. Попадание смолистой нефти в почву приводит к нарушению структуры (склеивание почвенных частиц), нарушению почвенно-воздушного режима, сильному закислению, ингибированию биохимической активности. Установлено что. В естественных условиях при уровне загрязненности почв нефтью до 10% восстановление биоценоза требует до 10 лет, при более сильном загрязнении – несколько десятков лет [8, 10].

На воздухе смолистая нефть быстро густеет. Теряет подвижность, так как присоединяет кислород воздуха и происходит новообразование смол. Эти соединения малодоступны микроорганизмам, процесс их биодеструкции идет медленно.

Вследствие нарушения почвенных структур и диспергирования почвенных частиц снижается водопроницаемость почв. В загрязненных почвах резко возрастает соотношение между углеродом и азотом за счет углерода нефти, что ухудшает азотный режим почв и нарушает корневое питание растений.

На загрязненных участках формируется высокая фитотоксичность почвы, что объясняется избыточным содержанием в ней хлоридов, сульфатов и гидрокарбонатов натрия.

Одним из факторов повышения самоочищающей способности почвы является создание соответствующих условий для роста общей биогенности почвы и стимуляция деятельности нефтеразлагающей микрофлоры [10].

1.5 Допустимый уровень загрязнения почв

Почвы считаются загрязненными нефтью и нефтепродуктами, если концентрация их достигает уровня, при котором:

· начинается угнетение или деградация растительного покрова;

· падает продуктивность сельскохозяйственных земель; нарушается природное равновесие в почвенном биоценозе;

· происходит вытеснение одним-двумя бурно произрастающими видами растительности остальных видов, ингибируется деятельность микроорганизмов, исчезают виды альгофлоры, мезофауны и т.п.;

· происходит вымывание нефти и нефтепродуктов из почв в подземные или поверхностные воды;

· изменяются водно-физические свойства и структура почв;

· заметно возрастает доля углерода нефти и нефтепродуктов в некарбонатном (органическом) углероде почв (до 10% и более от всего органического углерода).

В различных почвенно-климатических условиях концентрация нефти и нефтепродуктов в почвах, при которых почвы можно считать загрязненными, различна. Она зависит от природных условий, способности данного типа почв к самоочищению, от вида и скорости распада нефти и нефтепродуктов, их токсичности и др. В связи с большим разнообразием типа почв не может быть единого показателя загрязнения почв для всей территории России. В различных природных зонах и типах почв при одном и том же уровне загрязнения скорость самоочищения будет различной. Реакцию биогеоценоза на различные содержания нефти и нефтепродуктах в почвах в разных природных зонах можно установить только экспериментально. При этом необходимо учитывать, что большое значение имеет первоначальная нагрузка загрязняющих веществ на почву. При одном и том же уровне остаточного загрязнения экосистема может восстановиться или не восстановиться в зависимости от того, насколько начальный уровень загрязнения нарушил экосистему [3].

Минимальный уровень содержания нефти и нефтепродуктов в почвах, выше которого наступает ухудшение качества природной среды, можно назвать нижним допустимым уровнем концентрации. Такой уровень нефти и нефтепродуктов в почве в большинстве стран не установлен, так как он зависит от сочетания многих факторов: состава и свойств почв, климатических условий, вида нефти и нефтепродуктов, типа растительности и типа землепользования и требует достаточно длительного времени и средств. Эти нормы должны быть дифференцированы в зависимости от гидродинамических условий района и типа почв [2].

Например, в Нидерландах для оценки загрязнения почв применяют три уровня: 1-й — фоновый с содержанием нефтепродуктов 50мг/кг почвы; 2-й — повышенное загрязнение (1000 мг/кг), при котором выявляют и устраняют причины загрязнения, организовывают мониторинг; 3-й — высокое загрязнение (5000 мг/кг) — служит основанием для проведения рекультивации и грунтовых вод. В Германии допустимое содержание нефтепродуктов в почве водоохранных зон и заповедников составляет 300 мг/кг; почв древних речных долин — 3000 мг/кг; водоразделов — 5000 мг/кг. Многие западноевропейские страны за верхний безопасный уровень со­держания нефтепродуктов в почве принимают 1000 мг/кг [2].

Для России в нефтедобывающих районах институт Геоэкологии РАН рекомендует безопасные уровни загрязнения грунтов нефтепродуктами в мерзлотно-тундровых и таежных районах до 1000 мг/кг, в таежно-лесных — до 5000 мг/кг, лесостепных и степных районах — до 10 000 мг/кг. За нижний безопасный уровень загрязнения грунтов принимают 1000 мг/кг, рекультивационные работы рекомендуют начинать при содержании нефтепродуктов — 5000 мг/кг.

В Республике Башкортостан предельно допустимое содержание нефтепродуктов принято 1000 мг/кг, в случае превышения не­обходимы рекультивационные работы. Для Москвы утверждено предельное содержание нефтепродуктов 300 мг/кг [2].

В отдельных регионах страны в качестве ориентировочно допустимых уровней используют «фоновые значения» содержания углеводородов в почве или такое содержание нефтепродуктов, при котором за счет самоочищающей способности почвы в течение одного года восстанавливаются продуктивность растений или микробиологические процессы.

Если учитывать, что фоновое содержание нефтепродуктов в грунтах для территории России изменяется от 10 до 500 мг/кг, а подавление микробиологических процессов на вновь загрязненных землях начинается при содержании нефтепродуктов 200...300 мг/кг, то для сельскохозяйственных земель ПДС нефтепродуктов не должно быть больше 300 мг/кг. Норматив содержания нефти и нефтепродуктов при рекультивации необходимо определять с учетом фонового содержания, характера загрязнения, вида нефтепродуктов, использования земель и природных условий, обусловливающих самоочищающую способность компонентов геосистем.

Для земель сельскохозяйственного назначения первого уровня рекультивации (низкий уровень загрязнения нефтью и нефтепродуктами) содержание их в почве 300... 1000 мг/кг, второго (средний и высокий уровень загрязнения) — 1000...5000 мг/кг, третьего (очень высокий уровень загрязнения) — более 5000 мг/кг. Для земель несельскохозяйственного назначения эти пределы следующие: 1-й уровень – 1000...5000 мг/кг, 2-й уровень – 5000... 10 000, 3-й уровень — свыше 10 000 мг/кг [2].