Scientific journal

Modern problems of science and education

ISSN 2070-7428

"Перечень" ВАК

ИФ РИНЦ = 1,006

АЗС, несмотря на свою внешнюю простоту, является очень сложным инженерным сооружением, при эксплуатации которого возникает ряд опасностей, способных привести к авариям с тяжелыми последствиями. Кроме того в местах размещения АЗС наблюдается воздействие на компоненты окружающей среды, действующее постоянно [5, 10].

В связи с утечками нефтепродуктов на участках размещения АЗС и других объектах нефтепродуктообеспечения отмечено загрязнение вод, особенно подземных и грунтов. Утечки нефтепродуктов могут возникнуть: если существуют дефекты в резервуарах, происходит их разгерметизация; в момент наполнения и опорожнения резервуаров и других емкостей; если используемое технологическое оборудование неисправно или изношено. Большое количество топлива проливается при заправке автотранспорта и в момент аварийных ситуаций.

Используемое герметичное оборудование современными АЗС снижает вероятность возникновения аварий и соответственно подземных утечек топлива. Однако у топливораздаточных колонок, а также на площадке слива топлива количество проливов все еще остается высоким. Нефтепродукты, попадающие на поверхность, вертикально фильтруются через толщу грунтов зоны аэрации и достигают уровня грунтовых вод, где происходит накопление и растекание по водоносному горизонту. Также углеводороды попадают в почву с талым снегом и дождевыми стоками. Было отмечено, что на территории объекта загрязнение почв и грунтовых вод приурочено к местам утечек нефтепродуктов, т.е. распределяется неравномерно по всей площади в виде отдельных пятен.

Таким образом, нефтяное загрязнение создает совершенно новую для территории экологическую обстановку с новыми компонентами, энергетическими и вещественными связями, не свойственными естественным почвам. Если сравнивать такие составляющие как воду, воздух и почву, то именно загрязненные почвы восстанавливаются дольше всех, так как они способны аккумулировать и закреплять в своих верхних горизонтах несвойственные им вещества, в том числе токсические, которые приводят к серьезным изменениям, вплоть до деградации всего природного комплекса. Восстановление нефтезагрязненных почв естественным путем идет очень медленно [2, 7, 8].

Исследований по состоянию почвогрунтов в районе АЗС недостаточно. Это отчасти объясняется тем, что загрязнение почв нефтепродуктами в нашей стране не нормируется. Поэтому, с точки зрения комплексного воздействия на почвенную среду и биосферу такие исследования необходимы.

Актуальное значение для проведения фундаментальных научных исследований, в настоящее время и для выполнения практических производственных мероприятий мониторинга приобретает биомониторинг почв. Биотестирование основано на исследовании реакции живых организмов, которые способны уловить присутствие стрессирующего воздействия раньше, чем многие обычно используемые методы. В связи с этим в настоящее время и растет интерес к биотест-системам. Методы биотестирования способны интегрально и оперативно дать токсикологическую характеристику природных и техногенных сред, позволяют получить достаточно надежные данные о токсичности конкретной пробы [3].

Цель исследования: оценка фитотоксичности почв на территориях, загрязненных нефтепродуктами, в зоне влияния АЗС с выявлением наиболее индикационно значимых тест-растений. 

Объекты и методы исследования

Объектом исследования послужили почвы урбанизированных территорий (г. Оренбург), находящихся в зонах антропогенного воздействия АЗС, прилегающих к основным автотранспортным магистралям. В частности, были рассмотрены: АЗС «БашНефть», АЗС «ТНК-BP», АЗС «Farmula Filk», АЗС «Лукойл». Территория отбора проб располагалась непосредственно на границе с АЗС, а также на расстоянии 5 и 15 м от нее. Отбор почвенных образцов и подготовка их для анализов осуществлялись в соответствии с ГОСТ 17.4.4.02-84. Точечные пробы отбирались из слоя почвы 0 - 20 см. Почвенные образцы анализировались на содержание гумуса (по ГОСТ 26213-91) и нефтепродуктов (НП) Содержание в почве НП измерялось согласно ПНД Ф 16.1:2.21-98 флуориметрическим методом с использованием анализатора жидкости «ФЛЮОРАТ-02». Оценка фитотоксичности почв проводилась по ГОСТ Р ИСО 22030-2009, МР 2.1.7.2297-07, ГОСТ 12038-84. В качестве тест-объектов были выбраны семена культур Avéna satíva L. и Lepidium sativum L., которые отличаются высокой всхожестью и скоростью роста, дают стабильные и воспроизводимые результаты. О фитотоксичности почв судили по всхожести и длине корней. Уровень фитотоксичности оценивали по ингибированию этих показателей по сравнению с таковыми у растений, выращиваемых на контроле. В качестве контрольного образца брали дистиллированную воду. Опыт проводили в трехкратной повторности.

Результаты исследований

Нормативы допустимого содержания нефти в почве должны разрабатываться для конкретного региона и для конкретного типа почв на основе множества данных о воздействии НП на различные компоненты экосистем и на здоровье человека. Такие нормативы не установлены в большинстве стран мира, в т.ч. и на территории РФ [9]. Поэтому при определении степени загрязненности почв нефтепродуктами нами учитывалась градация, разработанная В.С. Хомичем (2005).

По В.С. Хомичу концентрации нефтепродуктов в почве < 5 мг/кг можно считать естественным фоном; от 5 до 50 мг/кг региональный фон; 50 - 250 мг/кг - слабозагрязненные; 250 - 1000 мг/кг - среднезагрязненные; 1000 - 5000 мг/кг - сильнозагрязненные; > 5000 мг/кг - очень сильнозагрязненные [4].

Полученные нами данные свидетельствуют, что почвы исследуемых территорий характеризуются наличием некоторого количества нефтепродуктов (табл. 1). Содержание нефтепродуктов в почвах исследуемых участков отличается значительной вариабельностью: от фоновых до сильнозагрязненных значений. Наибольшая концентрация нефтепродуктов обнаружена на расстоянии 15 м от АЗС ТНК-ВР, где наблюдается превышение регионального фонового значения по верхнему пределу в 29,1 раза. Высокие значения данного показателя связаны с аварийным переливом (разливом) нефтепродуктов при заполнении наземного резервуара, а также за счет переноса вещества при снеготаянии и дождевом смыве.

Таблица 1

Содержание нефтепродуктов и органического вещества в почвах объектов исследования (в слое 0 - 20 см)

Так как при эксплуатации АЗС прилегающая территория в большей или меньшей степени загрязняется нефтепродуктами, основным элементом которых является углерод, массовое содержание которого колеблется в пределах 83-87 %, то содержание органического вещества в расчете на общий углерод и гумус в загрязненных почвах возрастает за счет углерода нефти. Согласно данным таблицы 1 для всех, в большей или меньшей степени, нефтезагрязненных почв характерно появление горизонтов с повышенным содержанием гумуса. Причем, проведенный анализ корреляционно-регрессионных связей позволил выявить наличие очень сильной, прочной, положительной корреляции между содержанием гумуса и нефтепродуктов.

Для экспресс-диагностики состояния почв использовали метод биотестирования, где по реакции проростков семян тест-растений оценивали фитотоксические свойства почв.

В опытах в качестве модельных тест-растений были использованы семена Avéna satíva L. и Lepidium sativum L., которые отличаются высокой всхожестью и скоростью роста, дают стабильные и воспроизводимые результаты. В исследованиях учитывались следующие показатели: всхожесть семян, длина проростков, фитотоксический эффект.

Принимали следующую градацию по всхожести семян: 90-100 % - загрязнение отсутствует; 60-90 - слабое загрязнение; 20-60 - среднее; < 20 % - сильное.

Оценка фитотоксичности (фитоэффекта (ФЭ)) проводилась по следующим критериям: менее 20 % - фитотоксичность не проявляется (норма); 20-40 - слабая фитотоксичность;  40-60 - средняя; более 60 % - сильная фитотоксичность.

Кроме того, токсичными считают почвы, вызывающие угнетение прорастания более, чем в 1,1 раза по сравнению с контрольным образцом.

Анализ всхожести семян Lepidium sativum L. (табл. 2) указывает на присутствующее загрязнение.

Максимальное угнетение проростания по сравнению с контролем в 1,6 %, 1,8 % выявлено на границе с АЗС «БашНефть» и АЗС «Farmula Filk», что соответствует среднему уровню загрязнения. Угнетение проростания на остальных участках соответствует слабому загрязнению. Однако фитоэффект, определяемый по средней длине корней, показывает отсутствие фитотоксичности. Исключение составляет участок, располагаемый у границы АЗС «Лукойл», где наблюдается незначительное отклонение фитоэффекта (20,3 %-ное ингибирование) от нормы.

Таблица 2

Результаты биотестирования семян Lepidium sativum L.

Иная ответная реакция на фитотоксичность среды (более показательная) была отмечена у семян Avéna satíva L (табл. 3). Всхожесть семян находится либо в пределах нормы (5 м от АЗС «БашНефть»), либо указывает на среднее (граница АЗС «Лукойл») и слабое загрязнение.

Проведенное вычисление показателя ФЭ по всем вариантам исследования дало следующие результаты. На всех участках исследования отмечается эффект торможения, за исключением участков, расположенных в 15 м от АЗС ТНК-ВР и в 5 и 15 м от АЗС «Farmula Filk», где эффект торможения отсутствует. Наибольшее ингибирование по сравнению с контролем отмечалось в 5 и 15 м от АЗС «БашНефть» и составило 54,5 % и 69,4 % соответственно.

Таким образом, можно заключить, что почвы, загрязненные нефтепродуктами оказывают в большей или меньшей степени комплексный фитотоксический эффект, проявляющийся в ингибировании ростовых процессов семян Avéna satíva L. и Lepidium sativum L.

Таблица 3

Результаты биотестирования семян Avéna satíva L.

Данное заключение подтверждают и данные анализа корреляционно-регрессионных связей (табл. 4). В целом между исследуемыми параметрами корреляционные связи прочные, сильные отрицательные, т.е. всхожесть семян повышается при уменьшении содержания нефтепродуктов в почве. Положительная прочная связь между сравниваемыми параметрами выявлена на территории, прилегающей к АЗС «Farmula Filk». Здесь при повышении уровня антропогенной нагрузки всхожесть семян Avéna satíva L. и Lepidium sativum L. увеличивается. Данное явление можно объяснить высоким содержанием в почве органического вещества, которое активизирует жизнедеятельность семян и способно закреплять, связывать в почве токсичные вещества в недоступной форме для растений, в результате чего угнетения не происходит.

Таблица 4

Зависимость всхожести семян тест-растений от содержания в почве нефтепродуктов

Заключение

Почвы участков исследования отличаются значительной вариабельностью значений по содержанию нефтепродуктов: от 17,38 до 1456,66 мг/кг. Высокие значения нефтепродуктов (более 50 мг/кг) указывают на неблагоприятно складывающуюся ситуацию на участках исследования, что также подтверждается данными биотестирования. Отмечено ингибирование всхожести и ростовых процессов семян. Исследуемые показатели указывают на наличие слабого и среднего загрязнения в почвах объектов исследования. Наиболее чувствительной культурой к техногенной нагрузке оказался Avéna satíva L., что свидетельствует о высокой индикационной способности этого тест-объекта. Нами получена четко выраженная реакция этого растения на присутствие в почве загрязнителя.

Рецензенты:

Сафонов М.А., д.б.н., профессор, зав. кафедрой общей биологии, экологии и методики обучения биологии Оренбургского государственного педагогического университета, г. Оренбург;

Кононов В.М., д.с.-х.н., профессор кафедры земледелия, почвоведения и агрохимии Оренбургского государственного аграрного университета, г. Оренбург.