Электронный научный журнал
Современные проблемы науки и образования
ISSN 2070-7428
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,813

ОЦЕНКА ТОКСИЧЕСКОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ ПОЧВ НЕФТЕПРОДУКТАМИ В РЕЗУЛЬТАТЕ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ АВТОЗАПРАВОЧНЫХ СТАНЦИЙ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ МЕТОДА БИОТЕСТИРОВАНИЯ

Васильченко А.В. 1 Галактионова Л.В. 1
1 ФГБОУ ВПО «Оренбургский государственный университет»
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.
Биотестирование
фитотоксичность
экологическая ситуация
загрязнение
нефтепродукты
автозаправочная станция
1. Азаров В. Н., Кошкарев С. А., Соколова Е. В. К проблеме выбросов загрязняющих веществ в атмосферу на АЗС // Биосферная совместимость: человек, регион, технологии. – 2013. – № 2 (апрель-июнь). – С. 89-92.
2. Владимиров С. Н. Технологии защиты и восстановления почв в районе расположения автозаправочных комплексов в условиях мегаполиса: автореф. дис. Канд. техн. наук. - Санкт-Петербург, 2010. – 23 с.
3. Заболотских В. В., Васильев А. В., Танких С. И. Экспресс-диагностика токсичности почв, загрязненных нефтепродуктами // Известия Самарского научного центра РАН. – 2012. – Т. 4. - № 1 (3). – С. 734-738.
4. Иванов В. С., Черкасова О. А. Загрязнение почв г. Витебск сульфатами, нитратами и нефтепродуктами // Вестник ВГМУ. – 2011. – Т. 10. - № 4. – С. 111-119.
5. Иншаков С. А., Иншаков Н. А. Оценка экологической безопасности деятельности АЗС // Вестник ТГУ. – 2014. – Т. 19. – Вып. 5. – С. 1420-1421.
6. Мякинин А. С., Косицына Э. С., Ганжа О. А. Автозаправочные станции, расположенные на городских территориях, как объект экологической опасности // Вестник ВолгГАСУ. Сер. Строительство и архитектура. – 2010. – Вып. 18 (37). – С. 149-152.
7. Мелконянц Н. Г., Кодзаев Ю. В. Загрязнение подземных вод на территориях АЗС и методы очистки загрязненных вод // Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). – 2004. – № 1. – С. 153-154.
8. Тесля А. В., Галактионова Л. В., Васильченко А. С., Елисеева М. В. Оценка степени загрязнения типичных и южных черноземов Предуралья нефтепродуктами // Вестник оренбургского государственного университета. – 2013. – № 6 (155). – С. 92-95.
9. Шагидуллин, Р. Р. Нормирование допустимого остаточного содержания нефти и продуктов ее трансформации в почвах // Георесурсы. – 2011. - № 5 (41). – С. 2-5.
10. The assessment of chemical and electrochemical treatment for the remediation of diesel contaminated soils / Authors of Document // Istrate, I.A., Grigoriu, M., Badea, A., Ragazzi, M., Andreottola, G. // Proceedings of the International Conference on Risk Management, Assessment and Mitigation, RIMA '10. 2010, Pages 144-149.
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.


Библиографическая ссылка

Васильченко А.В., Галактионова Л.В. ОЦЕНКА ТОКСИЧЕСКОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ ПОЧВ НЕФТЕПРОДУКТАМИ В РЕЗУЛЬТАТЕ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ АВТОЗАПРАВОЧНЫХ СТАНЦИЙ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ МЕТОДА БИОТЕСТИРОВАНИЯ // Современные проблемы науки и образования. – 2015. – № 2-2.;
URL: http://science-education.ru/ru/article/view?id=20676 (дата обращения: 22.02.2020).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074