Результаты экологической оценки остаточной токсичности загрязненной нефтепродуктами почвы при проведении реабилитационных мероприятий

Размещено на http://www.allbest.ru/

Статья по теме:

Результаты экологической оценки остаточной токсичности загрязненной нефтепродуктами почвы при проведении реабилитационных мероприятий

Ильинский А.В., Виноградов Д.В., Побединская Г.В., Данчеев Д.В., Гогмачадзе Г.Д., ВНИИГиМ, РГАТУ (Рязань), ВНИИ «Агроэкоинформ»

Аннотация

фитотоксичность нефтепродукт почва загрязнение

Приведены результаты экологической оценки остаточной фитотоксичности загрязненной нефтепродуктами почвы при осуществлении реабилитационных мероприятий, основанных на использовании комплексного мелиоранта (КМ) пролонгированного действия. Экспериментально установлено, что наилучший результат по нейтрализации фитотоксического эффекта от действия поллютанта достигнут при использовании КМ в дозе 10,0 т/га. Представляется целесообразным при подготовке проектных решений по реабилитации загрязненных нефтепродуктами почв земель сельскохозяйственного назначения, городских и промышленных территорий применение комбинированного многофункционального мелиоранта пролонгированного действия на основе карбонатного сапропеля.

Ключевые слова: восстановление, деструкция, комплексный мелиорант, нефтепродукты, поллютант, почва, реабилитация, сапропель, торф, фитотоксичность, экология, эффективность

Введение

Почвенный покров, являясь неотъемлемой частью любого наземного биогеоценоза, выполняет экологические функции, обеспечивающие стабильность биосферы. Он выступает в качестве природного буфера, контролирующего перенос химических элементов, в том числе поллютантов, осуществляет нейтрализацию продуктов техногенеза 1-4. За последние десятилетия Россией значительно увеличены добыча, переработка углеводородов и транспортировка продуктов переработки нефти. Это является одной из причин того, что в настоящее время проблема загрязнения компонентов природной среды поллютантами стоит довольно остро 5-9. При добыче, хранении, транспортировке и переработке нефти в почву попадает огромное количество нефтепродуктов, которые распространяются на значительные расстояния, загрязняя не только почву, но и грунтовые воды 2, 10-13. Содержащиеся в дизельном топливе и бензине углеводороды, поступающие в почву в результате аварий при их транспортировке, способны оказать существенное воздействие на экологические функции почвы в силу своих химических особенностей 10, 14-16. Попадая в почву, ископаемые углеводороды, в частности, нефть и продукты ее переработки, не только губят флору и фауну, но и наносят прямой вред здоровью человека 1, 2, 17, 18. Одним из ключевых показателей оценки фитотоксичности почвы служит урожайность тестовых культур 15 из-за способности почвы подавлять рост и развитие высших растений, обусловленной наличием загрязняющих веществ 19. При этом важным условием нейтрализации токсического эффекта от действия нефтепродуктов и восстановления экологической устойчивости реабилитируемых почв являются агрохимические приемы, основанные на использовании инновационных комбинированных мелиорантов пролонгированного действия на основе природных материалов 20-23. В этой связи актуальна проблема разработки современных комплексных способов ремедиации почв, загрязненных нефтяными углеводородами. При этом особую роль в восстановлении экологической устойчивости земель представляет нейтрализация токсического эффекта от действия поллютантов на живые организмы, в том числе и фиторемедианты [24, 25.

Основная часть

Цель исследований заключалась в изучении остаточной токсичности загрязненной нефтепродуктами почвы при оценке последействия применения комплексного мелиоранта на основе сапропеля. Исследования выполнены на маломощной низинной торфяной почве со следующими агрохимическими характеристиками: по кислотности почва среднекислая, гидролитическая кислотность - менее 2,0 мг-экв./100 г, по сумме поглощённых оснований - 10,1 мг-экв./100 г (средняя), содержание органического вещества - 19,5%, подвижного калия - 110 мг/кг (среднее). Содержание исследованных поллютантов не превышает установленные санитарно-гигиенические нормативы и распределено следующим образом: кадмий - 0,26 мг/кг (ОДК 0,5 мг/кг); свинец - от 5,81 мг/кг (ОДК 32 мг/кг); медь - 7,19 мг/кг (ОДК 33 мг/кг); цинк - 9,58 мг/кг (ОДК 55 мг/кг); нефтепродукты - 56,1 мг/кг (допустимый уровень 1000 мг/кг). В полевом опыте выполнено искусственное загрязнение почвы нефтепродуктами путём внесения в опытные делянки дизельного топлива ЕВРО сорт Е, вид III (ДТ-Е-К5) из расчёта 2,5% по массе. Эксперимент заложен на делянках площадью 1,0 м2 с промежутками между делянками 1,0 м (повторность опыта трёхкратная), размещение вариантов рендомизированное. В качестве комплексного мелиоранта (КМ) при реабилитации загрязненной дизельным топливом торфяной почвы использовали многокомпонентное органоминеральное удобрение многоцелевого назначения «Сапросил» на основе торфо-сапропелевой смеси с применением аморфного кремнезема (аэросила) при следующем соотношении компонентов, мас. %: карбонатный сапропель - 60%, торф - 30%, минеральные удобрения (NPK) - 5%, коллоидный диоксид кремния - 5% 26. Дозы внесения в почву комплексного мелиоранта были установлены на основании результатов ранее проведенных экспериментальных исследований 22, 26, 27. В качестве тест-культур использованы многолетние травы (бобово-злаковая травосмесь: клевер красный - 20 кг/га, кострец безостый - 35 кг/га, тимофеевка луговая - 25 кг/га).

Варианты закладки и выполнения полевого эксперимента следующие:

1) контроль - почва без загрязнения дизельным топливом и без внесения комплексного мелиоранта (контроль);

2) загрязненная дизельным топливом почва без внесения комплексного мелиоранта (почва + н/п);

3) загрязненная дизельным топливом почва с внесением комплексного мелиоранта в дозе 2,5 т/га (почва + н/п + КМ 2,5 т/га);

4) загрязненная дизельным топливом почва с внесением комплексного мелиоранта в дозе 5,0 т/га (почва + н/п + КМ 5,0 т/га);

5) загрязненная дизельным топливом почва с внесением комплексного мелиоранта в дозе 10,0 т/га (почва + н/п + КМ 10,0 т/га).

Экологическая оценка остаточной токсичности загрязненной нефтепродуктами почвы при ее реабилитации выполнена на основе анализа в полевом опыте урожайности многолетних трав и определения в лабораторном опыте длины проростков редиса.

Результаты экспериментальных исследований (табл. 1) последействия от использования комплексного мелиоранта на процесс реабилитации загрязненной нефтепродуктами почвы показали, что загрязнённость почвы дизельным топливом в концентрации 2,5% без применения КМ оказывала фитотоксический эффект на развитие растений: уменьшение урожая сена многолетних трав за два укоса по сравнению с контрольным вариантом составило 25%. На вариантах с использованием КМ на загрязненной нефтепродуктами почве наблюдается увеличение урожая сена многолетних трав по сравнению с контрольным вариантом на 25-83 %, в зависимости от дозы его внесения. Увеличение дозы внесения в почву КМ оказало положительный эффект на прибавку урожая сена многолетних трав. Так, наибольшая прибавка урожая отмечена на варианте с дозой внесения КМ 10 т/га: 2,8 корм. ед. т/га. На варианте с использованием КМ в дозе 5 т/га на загрязнённой нефтепродуктами почве урожай сена многолетних трав за два укоса превысил урожай контрольного варианта на 1,65 корм. ед. т/га. На варианте с использованием КМ в дозе 2,5 т/га в загрязнённую нефтепродуктами почву урожай сена многолетних трав за два укоса превысил урожай контрольного варианта на 0,84 т/га.

Таблица 1 - Влияние последействия применения мелиоранта на фитотоксичность многолетних трав при реабилитации загрязненной нефтепродуктами почвы

Сравнительная оценка продуктивности многолетних трав в эксперименте показала (рис. 1), что на варианте с дозой внесения КМ 10 т/га зафиксировано её наибольшее значение, равное 6,16 корм. ед. т/га. При использовании КМ в дозе 2,5 т/га значение продуктивности многолетних трав превысило значение контрольного варианта (3,36 корм. ед. т/га) и составило 4,20 корм. ед. т/га. При внесении КМ в дозе 5 т/га в загрязнённую нефтепродуктами почву значение продуктивности многолетних трав составило 5,01 корм. ед. т/га. Самое низкое значение продуктивности многолетних трав зафиксировано на варианте с внесением дизельного топлива без внесения комплексного мелиоранта - 2,53 корм. ед. т/га.

Рис. 1 - Сравнительная оценка продуктивности многолетних трав на реабилитируемой почве

Лабораторное исследование остаточной фитотоксичности реабилитируемой почвы показало, что комбинированное применение КМ и фиторемедиантов позволило существенно снизить её фитотоксичность за счет усиления деструкции нефтепродуктов в почве путём внесения дополнительных элементов питания для растений-фиторемедиантов и аборигенных почвенных микроорганизмов. Анализ данных, представленных на рис. 2, показал, что комбинированное применение КМ в дозах 2,5-10,0 т/га и фиторемедиации оказало благоприятное влияние на онтогенез семян редиса за счет усиления деструкции нефтепродуктов в почве и внесения дополнительных элементов питания растений в составе КМ. Наилучший результат был получен на варианте 5, с использованием КМ в дозе 10,0 т/га: прибавка к контрольному варианту составила 2,6% по всхожести семян и 79% по длине проростков редиса. Результаты лабораторного эксперимента также показали, что наибольшая фитотоксичность почвы зафиксирована на варианте 2, без использования КМ: отставание от контрольного варианта составило 15% по всхожести семян и 56% по длине проростков редиса.

Рис. 2 - Сравнительная оценка остаточной фитотоксичности загрязненной нефтепродуктами торфяной почвы при проведении реабилитационных мероприятий

Результаты и выводы

Комбинированное применение КМ и фиторемедиантов позволило за счет усиления деструкции поллютанта в почве и внесения дополнительных элементов минерального питания растений существенно снизить её фитотоксичность. Наилучший результат был получен на варианте с использованием КМ в дозе 10,0 т/га.

Комплексный мелиорант «Сапросил» обладает пролонгированным действием, поскольку его однократное внесение в дозах 5 и 10 т/га в загрязнённую дизельным топливом почву способствовало нейтрализации фитотоксического эффекта от действия поллютанта: в третий год эксперимента прибавка урожая сена многолетних трав составила 49 и 83 %, соответственно. Таким образом, результаты экологической оценки остаточной токсичности загрязненной нефтепродуктами почвы показали, что для реабилитации почвы (при уровне ее загрязнения до 2,5%) наиболее эффективной дозой внесения комплексного мелиоранта «Сапросил» под фитомелиоранты является 10 т на один гектар, рекомендуемая перед предпосевной обработкой почвы. Представляется целесообразным при подготовке проектных решений по реабилитации загрязненных нефтепродуктами почв земель сельскохозяйственного назначения, городских и промышленных территорий применение в качестве комплексного многофункционального мелиоранта пролонгированного действия комбинированных мелиорантов на основе карбонатного сапропеля (например, «Сапросил»).

Список использованных источников

1. Виноградов Д.В., Ильинский А.В., Данчеев Д.В. Экологические аспекты охраны окружающей среды и рационального природопользования: учебное пособие. - Рязань: ФГБОУ ВО РГАТУ. - 2017. - 128 с.

2. Ильинский А.В., Виноградов Д.В., Данчеев Д.В. Экологические основы природопользования: учебное пособие. - Рязань: ФГБОУ ВО РГАТУ. - 2017. - 128 с.

3. Щур А.В., Виноградов Д.В., Валько В.П. Нитрификационная активность почв при различных уровнях агротехнического воздействия // Вестник Рязанского государственного агротехнологического университета им. П.А. Костычева. - 2015, № 2 (26). - С. 21-26.

4. Shchur, А., Valkho, V., Vinogradov, D., Valkho, O. 2016. Influence of biologically active preparations on Cs-137 transition to plants from soil in the territories contaminated as the result of Chernobyl accident / Impact of Cesium on Plants and the Environment // Springer International Publishing Switzerland, vol. 51-70.

5. Ильинский А.В., Виноградов Д.В., Абрамов В.В., Вегерин А.В., Гогмачадзе Г.Д. Экологические особенности биологической очистки почвогрунтов от застарелой загрязненности нефтепродуктами // АгроЭкоИнфо. - 2018, №1. - http://agroecoinfo.narod.ru/journal/STATYI/2018/1/st_124.doc.

6. Ильинский А.В., Виноградов Д.В., Гогмачадзе Г.Д. К вопросу повышения эффективности проведения работ по реабилитации техногенно загрязнённых земель с помощью внедрения современной системы комплексного контроля // АгроЭкоИнфо. - 2016, №3. http://agroecoinfo.narod.ru/journal/STATYI/2016/3/st_320.doc.

7. Ильинский А.В., Виноградов Д.В. К вопросу толерантности ярового ячменя при выращивании на почве, загрязнённой комплексом тяжёлых металлов Ильинский А.В., Виноградов Д.В. // Вестник Рязанского государственного агротехнологического университета им. П.А. Костычева. - 2016, № 2 (30). - С. 23-28.

8. Виноградов Д.В., Гусев В.И., Кузнецов Н.П., Степура Е.Е., Синиговец М.Е. Деградационные процессы почв и земельных угодий Рязанской области // АгроЭкоИнфо. - 2013, № 2. - http://agroecoinfo.narod.ru/journal/STATYI/2013/2/st_15.doc.

9. Щур А.В., Виноградов Д.В., Гогмачадзе Г.Д. Экологические особенности микробиоты почв в условиях радиоактивного загрязнения территории Республики Беларусь при применении биологически активных препаратов // АгроЭкоИнфо. - 2016, № 1 (23). - http://agroecoinfo.narod.ru/journal/STATYI/2016/1/st_51.doc.

10. Ильинский А.В., Виноградов Д.В. Особенности биологической очистки от застарелых нефтяных загрязнений почвогрунтов промышленного предприятия // Вестник Рязанского государственного агротехнологического университета им. П.А. Костычева. - 2017, № 1 (33). - С. 5-11.

11. Побединская Г.В., Ильинский А.В., Виноградов Д.В. Экологические аспекты радиационной обстановки территорий в зоне влияния Рязанской ГРЭС // Вестник Рязанского государственного агротехнологического университета им. П.А. Костычева. - 2018, № 1 (37). - С. 117-121.

12. Сельмен В.Н., Ильинский А.В., Виноградов Д.В. Обоснование круглогодичного производства растениеводческой продукции при освоении Арктики и других перспективных территорий России // Вестник Рязанского государственного агротехнологического университета им. П.А. Костычева. - 2017, № 3 (35). - С. 68-73.

13. Гогмачадзе Г.Д., Титов Г.А., Виноградов Д.В., Духанин М.Ю., Саранина А.В. Об экономических причинах экологических проблем сельского хозяйства России // В сборнике: Общество, современная наука и образование: проблемы и перспективы сборник научных трудов по материалам Международной научно-практической конференции: в 10 частях. - 2012. - С. 50-51.

14. Ильинский А.В., Виноградов Д.В., Гогмачадзе Г.Д. Комплексная нефтеэкологическая оценка загрязненных нефтяными углеводородами почв и грунтов как основа для их эффективной биологической очистки // АгроЭкоИнфо. - 2017, №1. http://agroecoinfo.narod.ru/journal/STATYI/2017/1/st_105.doc.

15. Колесников С.И., Татлок Р.К., Тлехас З.Р. и др. Биодиагностика устойчивости предгорных и горных почв Западного Кавказа к загрязнению нефтью и нефтепродуктами // Доклады Российской академии сельскохозяйственных наук. - 2013, № 1. - С. 30-34.

16. Щур А.В., Валько В.П., Виноградов Д.В. Влияние способов обработки почвы и внесения удобрений на численность и состав микроорганизмов // Вестник Курской государственной сельскохозяйственной академии. - 2015, № 3. - С. 41-44.

17. Ильинский А.В., Кирейчева Л.В., Виноградов Д.В. Биоремедиация загрязнённых нефтепродуктами почв при помощи карбонатного сапропеля и биопрепарата «Нафтокс» // Вестник Рязанского государственного агротехнологического университета им. П.А. Костычева. - 2016, № 2 (30). - С. 28-35.

18. Фадькин Г.Н., Виноградов Д.В. Зависимость баланса элементов питания в системе «Почва - удобрение - растение» от форм азотных удобрений в условиях юга Нечерноземья // Вестник Красноярского государственного аграрного университета. - 2015, № 6. - С. 13-18.

19. Снакин В.В. Экология и охрана природы. Словарь-справочник / Под ред. А.Л. Яншина. - М.: Academia. - 2000. - 384 с.

20. Евсенкин К.Н., Ильинский А.В., Виноградов Д.В., Гогмачадзе Г.Д. Экологические аспекты повышения устойчивости и восстановления плодородия деградированных осушенных земель // АгроЭкоИнфо. - 2018, №2. - http://agroecoinfo.narod.ru/journal/STATYI/2018/2/st_260.doc.

21. Ильинский А.В., Виноградов Д.В., Балабко П.Н. Некоторые аспекты обоснования системы комплексного контроля при проведении мероприятий по реабилитации техногенно загрязнённых земель // Вестник Рязанского государственного агротехнологического университета имени П.А. Костычева. - 2015, № 4 (28). - С. 10-15.

22. Кирейчева Л.В., Нефедов А.В., Евсенкин К.Н., Ильинский А.В., Виноградов Д.В., Иванникова Н.А. Обоснование использования удобрительно-мелиорирующей смеси на основе торфа и сапропеля для повышения плодородия деградированных почв // Вестник Рязанского государственного агротехнологического университета им. П.А. Костычева. - 2016, № 3 (31). - С. 12-17.

23. Курчевский С.М., Виноградов Д.В. Улучшение малопродуктивных супесчаных дерновоподзолистых почв при внесении органоминеральных удобрений и микробиологической добавки // Вестник Рязанского государственного агротехнологического университета им. П.А. Костычева. - 2014, № 1 (21). - С. 47-51.

24. Хабарова Т.В., Виноградов Д.В., Кочуров Б.И., Левин В.И., Бышов Н.В. Аг-роэкологическая эффективность использования осадка сточных вод и вермикомпостов в агроценозе овса посевного // Юг России: экология, развитие. - 2018, т.13, №2. - C. 132-143.

25. Щур А.В., Виноградов Д.В., Валько В.П., Валько О.В., Фадькин Г.Н., Гогмачадзе Г.Д. Радиоэкологическая эффективность биологически активных препаратов в условиях Беларуси // АгроЭкоИнфо. - 2015, №5. - http://agroecoinfo.narod.ru/journal/STATYI/2015/5/st_20.doc.

26. Патент 2566684, Российская Федерация, МПК С 05 F 7/00 (2006.01). Многокомпонентное органоминеральное удобрение / Вазыхов И.Т, Кирейчева Л.В., Пуховская Т.Ю., Павлов В.Ю.; заявитель и патентообладатель Общество с ограниченной ответственностью Торгово-производственная компания «Камский сапропель», ООО ТПК «Камский сапропель». - № 2014146486/13; заявл. 20.11.14; опубл. 27.10.15. - 5 с.: ил.

27. Патент 2618699, Российская Федерация, МПК В 09 С 1/10 (2006.01). Способ биологической очистки почв, загрязненных нефтепродуктами / Вазыхов И.Т., Кирейчева Л.В., Ильинский А.В. Рогозина Е.А., Александрова М.Т; заявитель и патентообладатель Общество с ограниченной ответственностью Торгово-производственная компания «Камский сапропель». - № 2016105857; заявл. 20.02.16; опубл. 11.05.17, Бюл. № 14. - 7 с.: ил.

28. Ильинский А.В., Виноградов Д.В., Побединская Г.В., Данчеев Д.В., Гогмачадзе Г.Д. Результаты экологической оценки остаточной токсичности загрязненной нефтепродуктами почвы при проведении реабилитационных мероприятий // АгроЭкоИнфо. - 2018, №3. - http://agroecoinfo.narod.ru/journal/STATYI/2018/3/st_350.doc.

Размещено на Allbest.ru