Scientific journal
Modern problems of science and education
ISSN 2070-7428
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,813

ASSESSMENT OF TOXIC POLLUTION SOIL RESULTING FROM OIL PETROL STATIONS USING THE METHOD OF BIOASSAY

Vasilchenko A.V. 1 Galaktionova L.V. 1
1 Orenburg State University
Статья посвящена оценке отрицательного воздействия автомобильных заправочных станций на прилегающую территорию. В почвах объектов исследования определено содержание нефтепродуктов, органического вещества, что позволило оценить качество территории и экологическую ситуацию в зоне влияния АЗС. Методом биотестирования определена реакция тест-организмов на уровень загрязнения почв. Анализ корреляционно-регрессионных связей позволил выявить связи между всхожестью семян Avéna satíva L. и Lepidium sativum L. и содержанием в почве нефтепродуктов и показателем химического загрязнения почв. Показано ингибирование всхожести и ростовых процессов семян тест-культур. Исследуемые показатели указывают на наличие слабого и среднего загрязнения в почвах объектов исследования. Выявлено, что 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. На прочную связь между всхожестью семян и содержанием в почве нефтепродуктов показывает и проведенный анализ корреляционно-регрессионных связей.
The article is devoted to the assessment of the negative impacts of automobile filling stations in the surrounding area. In soils research facilities determined oil content, organic matter, allowing to evaluate the quality of the territory and the environmental situation in the zone of influence of the gas station. Bioassay method to determine the response of test organisms to the level of soil contamination. An analysis of correlation and regression relationships revealed the relationship between seed germination Avйna satнva L. and Lepidium sativum L. and content in the soil of petroleum products. Shown inhibition of germination and growth processes of seed test cultures. The test parameters indicate the presence of mild to moderate contamination in soils research facilities. It was found that the most sensitive crops to anthropogenic load proved Avйna satнva L., which indicates a high ability of indicator of the test object. We have received a clearly defined response of the plant to the presence of the contaminant in the soil. On the strong link between the germination of seeds and oil content in the soil and the analysis shows a correlation and regression relations.
phytotoxicity bioassay
ecological situation
pollution
oil
gas station
Интенсивное развитие автомобильного комплекса привело к существенному росту потребности в автомобильном топливе и как следствие к интенсивному развитию сети автозаправочных станций (АЗС) [1, 6].

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)

Участок исследования

Расстояние от

АЗС, м

Содержание НП, мг/кг

Содержание гумуса, %

Коэффициент корреляции (r) между Сорг и НП

АЗС «БашНефть»

0 м

203,33±50,83

8,6

0,94833

5 м

37,9±9,47

3,9

15 м

41,4±10,3

5,5

АЗС-36 ТНК-ВР

0 м

54,25±13,56

5,6

0,924069

5 м

114,0±28,5

7,4

15 м

1456,66±364,16

9,9

АЗС «Farmula Filk»

0 м

17,38±4,34

6,7

0,897493

5 м

47,0±11,75

7

15 м

74,25±18,56

9,7

АЗС «Лукойл»

0 м

106,75±26,69

8,1

0,999544

5 м

94,25±23,56

7,9

15 м

58,25±14,56

7,4

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.

Участок исследования

Расстояние от АЗС, м

Всхожесть семян, %

Средняя длина корней, см

Фитоэффект, %

Тест-реакция

Контроль

 

92

6,4

0

норма

АЗС «БашНефть»

0 м

52

7,19

0

норма

5 м

62

5,35

16,4

норма

15 м

68

7,25

0

норма

АЗС ТНК-ВР

0 м

85,3

7,3

0

норма

5 м

74,7

6,7

0

норма

15 м

66,7

5,9

7,8

норма

АЗС «Farmula Filk»

0 м

56

5,9

7,8

норма

5 м

70,7

8,7

0

норма

15 м

74,7

7,4

0

норма

АЗС «Лукойл»

0 м

64

5,1

20,3

слабая

5 м

72

7,3

0

норма

15 м

76

5,3

17,2

норма

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.

Участок исследования

Расстояние от АЗС, м

Всхожесть семян, %

Средняя длина корней, см

Фитоэффект, %

Тест-реакция

Контроль

 

100

11,2

 

 

АЗС «БашНефть»

0 м

65

7,9

29,5

слабая

5 м

90

5,1

54,5

средняя

15 м

85

3,4

69,4

сильная

АЗС-36 ТНК-ВР

0 м

80

8,62

22,97

слабая

5 м

75

8,61

23,1

слабая

15 м

66,7

9,25

17,3

норма

АЗС «Farmula Filk»

0 м

60

6,8

39,3

слабая

5 м

72,5

12,06

0

норма

15 м

80

13,1

0

норма

АЗС «Лукойл»

0 м

55

5,84

47,8

средняя

5 м

72

7,37

34,1

слабая

15 м

75

7,84

29,9

слабая

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

Параметры

Коэффициент корреляции

Уравнение регрессии

АЗС «БашНефть»

Всхожесть семян овса/НП

-0,98531

y=-0,1379x+92,992, R2=0,9708

Всхожесть семян кресс-салата/НП

-0,691

y=-0,0788x+68,091, R2=0,8492

АЗС-36 ТНК-ВР

Всхожесть семян овса/НП

-0,94154

y=-0,008x+78,22, R2=0,8865

Всхожесть семян кресс-салата/НП

-0,84381

y=-0,0099x+80,944, R2=0,712

АЗС «Farmula Filk»

Всхожесть семян овса/НП

+0,992893

y=0,3527x+54,35, R2=0,9858

Всхожесть семян кресс-салата/НП

+0,956799

y=0,3312x+51,827, R2=0,9155

АЗС «Лукойл»

Всхожесть семян овса/НП

-0,79192

y=-0,3392x+96,646, R2=0,6271

Всхожесть семян кресс-салата/НП

-0,89476

y=-0,2171x+89,429, R2=0,8006

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.