Функционирование почв в условиях нефтяного загрязнения в таежной зоне Западной Сибири

Аннотация

Изучены почвы двух пар катен в условиях нефтезагрязнения и отсутствия воздействия в пределах средне-таежной подзоны (Тюменская область). Первая пара катен: глееватый подзол, аллювиальная торфяно-глеевая и аллювиальная серогумусовая глеевая почвы; вторая пара катен: подзолисто-глеевая, торфяно-подзолисто-глеевая и торфяно-глеевая почвы. Оценивали влияние нефтяного загрязнения на биологические характеристики почв (активность дыхания и каталазы) и возможность их использования для нормирования содержания нефтепродуктов (НП) в почвах. Латеральная миграция НП в почвах преобладала над радиальной. Наибольшие концентрации НП адсорбировались в верхнем торфяном слое (от 83 до 399 г∙кг-1). Для почв супераквальной позиции выявлено радиальное монотонно убывающее распределение НП по профилю от 40–50 до 3–4 г∙кг-1. Нефтезагрязнение почв приводило к нарушению барьерной и трансформационной гидросферных функций почв. Реакция среды достоверно изменялась в сторону подщелачивания от 0,5 до 2,0 единицы рН. Фиксировалось накопление хлоридов до 0,7 г∙кг-1 с максимумом в почвах супераквальной позиции; установлена достоверная корреляция между парами: содержание НП — pH, НП — Cl‒ и Cl‒ — pH, что указывало на поступление сырой нефти в почвы в результате аварийных порывов трубопровода. НП с течением времени претерпевали изменения: в почвах после трех лет загрязнения присутствовали тяжелые высококипящие углеводороды (99,9%). Выявлена достоверная корреляция между НП и базальным дыханием (БД): прямая для гумусовых и обратная — для органогенных горизонтов почв. Установлено, что микробный метаболический коэффициент qCO2 в органогенных почвах Западной Сибири в условиях нефтезагрязнения снижается с увеличением концентрации НП. Обнаружена отрицательная корреляция между концентрациями НП и активностью каталазы в почвах (R = ‒0,80–(‒0,90), p <0,05). Обоснованы уровни содержания НП, при которых происходит устойчивое функционирование почв: не более 6,8 г∙кг-1 для почв с загрязнением первого года и 2,3 г∙кг-1 для почв с трехлетним загрязнением и высокими концентрациями солей.

Литература

1.    Ананьева Н.Д. Микробиологические аспекты самоочищения и стабильности почв. М., 2003.
2.    Атлас экологии природы Ханты-Мансийского автономного округа – Югры. Ханты-Мансийск – М., 2004.
3.    Богородская А.В., Шишикин А.С. Динамика микробной биомассы, ее структура и функциональная активность в почвах при лесовозобновлении на вырубках пихтарников Енисейского кряжа // Почвоведение. 2020. № 1. https://doi.org/10.31857/S0032180X20010050
4.    Гендугов В.М., Глазунов Г.П., Евдокимова М.В. Макрокинетика микробных популяций в почве // Вестн. Моск. ун-та. Сер. 17. Почвоведение. 2010. № 3.
5.    Гендугов В.М., Глазунов Г.П. Макрокинетическая модель микробного роста на многокомпонентном субстрате // Вест. Моск. ун-та. Сер. 17. Почвоведение. 2014. № 3.
6.    Геннадиев А.Н., Пиковский Ю.И. Карты устойчивости почв к загрязнению нефтепродуктами и полициклическими ароматическими углеводородами: метод и опыт составления // Почвоведение. 2007. № 4.
7.    Геннадиев А.Н., Пиковский Ю.И., Ковач Р.Г. и др. Углеводородное состояние почв при разновозрастном нефтяном загрязнении // Почвоведение. 2016. № 5. https://doi.org/10.7868/S0032180X16050051
8.    Геннадиев А.Н., Завгородняя Ю.А., Пиковский Ю.И. и др. Алканы как компоненты углеводородного состояния почв: поведение, индикационное значение // Почвоведение. 2018. № 1. https://doi.org/10.7868/S0032180X18010045
9.    Герасимова М.И., Богданова М.Д., Никитин Е.Д. Экологические функции почв: современные представления и картографирование // Сборник: Экологическое почвоведение: этапы развития, вызовы современности. К 100-летию Глеба Всеволодовича Добровольского. Глава в коллективной монографии. М., 2015.
10.    Глазовская М.А. Геохимические основы типологии и методики исследований природных ландшафтов. М., 1964.
11.    Глазовская М.А. Геохимия природных и техногенных ландшафтов СССР: Учебное пособие для ун-тов по специальности «География». М., 1988.
12.    Глазовская М.А. Методические основы оценки эколого-геохимической устойчивости почв к техногенным воздействиям: Методическое пособие. М., 1997.
13.    Глазунов Г.П., Гендугов В.М., Яковлев А.С. и др. Научные основы экологической оценки состояния компонентов окружающей среды и нормирования их качества: Учебное пособие. М., 2018.
14.    Головнев В.В. и др. Результаты опытно-промысловых исследований загрязненных нефтью почв на территории производственных объединений // Результаты и направления научных исследований в области добычи нефти на месторождениях Зап. Сибири. Новосибирск, 1991.
15.    ГОСТ 26213-91. Почвы Методы определения органического вещества.
16.    ГОСТ 26423-85. Почвы Методы определения удельной электрической проводимости, рН и плотного остатка водной вытяжки.
17.    Добровольский Г.В., Урусевская И.С. География почв: Учебник. 2-е изд., перераб. и доп. М., 2004.
18.    Инишева Л.И., Ивлева С.Х., Щербакова Т.А. Руководство по определению ферментативной активности торфяных почв и торфяников. Томск, 2002.
19.    Ковалева Е.И., Яковлев А.С. Модель экологического нормирования нефтезагрязненных почв по изменению некоторых биогеоценотических функций // Экология и промышленность России. 2018. Т. 22, № 11.
20.    Пиковский Ю.И. Трансформация техногенных потоков нефти в почвенных экосистемах // Восстановление нефтезагрязненных почвенных экосистем. М., 1988.
21.    Пиковский Ю.И. Природные и техногенные потоки углеводородов в окружающей среде. М., 1993.
22.    Пиковский Ю.И., Геннадиев А.Н., Оборин Ю.И. и др. Углеводородное состояние почв на территории нефтедобычи с карстовым рельефом // Почвоведение. 2008. № 11.
23.    Пиковский Ю.И., Пузанова Т.А. Экологические проблемы добычи нефти в России // ТЭК России. 2012. № 1.
24.    ПНДФ 16.1:2.2.22-98 «Методика измерения массовой доли нефтепродуктов в почве и донных отложениях методом ИК-спектрометрии. Количественный химический анализ почв». 2005.
25.    Полищук Ю.М., Ященко И.Г. Физико-химические свойства нефтей. Новосибирск, 2004.
26.    Современная микробиология: прокариоты / Под ред. Й. Ленгенера, Г. Древса, Г. Шлегеля. Т. 1. М., 2005.
27.    Соколов М.С., Семенов А.М., Спиридонов Ю.Я. Здоровая почва – условие устойчивости и развития агро- и социосфер (проблемно-аналитический обзор) // Известия РАН. Сер. Биологическая. 2020. № 1.
28.    Солнцева Н.П. Добыча нефти и геохимия природных ландшафтов. М., 1998.
29.    Трофимов С.Я., Аммосова Я.М., Орлов Д.С. и др. Влияние нефти на почвенный покров и проблема создания нормативной базы по влиянию нефтезагрязнения на почвы // Вестн. Моск. ун-та. Сер. 17. Почвоведение. 2000. № 2.
30.    Трофимов С.Я., Фокин А.Д., Купряшин А.А. и др. Миграция нефти и ее компонентов по профилю торфяной верховой почвы в условиях модельного эксперимента // Вестн. Моск. ун-та. Сер. 17. Почвоведение. 2008. № 1.
31.    Шишов Л.Л., Тонконогов В.Д., Лебедева И.И. и др. Классификация и диагностика почв России. Смоленск, 2004.
32.    ФР 1.29.2006.02149 (ЦВ 5.18,19.01-2005) Методика выполнения измерений содержания элементов в твердых объектах методами спектрометрии с индуктивно связанной плазмой.
33.    Ananyeva N.D., Blagodatskaya E.V., Demkina T.S. Assessment of the stability of soil microbial complexes to natural and anthropogenic influences // Eur. Soil Science. 2002. № 5.
34.    Ananyeva N.D., Susyan E.A., Chernova O.V. et al. Microbial respiration activities of soils from different climatic regions of European Russia // Eur. J. Soil Biol. 2008. № 44.
35.    Anderson Traute-Heidi. Microbial eco-physiological indicators to assess soil quality // Agric. Ecosyst. Environ. 2003. 98(1–3).
36.    Anderson J.P.E., Domsch K.N. A physiological method for quantitative measurement of microbial biomass in soil // Soil Biol. Biochem. 1978. № 10.
37.    Anderson T.H., Domsch K.H. Maintenance requirements of actively metabolizing microbial populations under in situ conditions // Soil Biol. Biochem. 1985. № 17.
38.    Blagodatskaya E.V., Ananyeva N.D., Myakinina T.N. Characteristics of the state of the microbial community of the soil by the value of the metabolic coefficient // Soil Sci. 1995. № 2.
39.    Blagodatskaya E., Kuzyakov Y. Active microorganisms in soil: Critical review of estimation criteria and approaches // Soil Biol. Biochem. 2013. Vol. 67.
40.    Bogorodskaya A.V., Ponomareva T.V., Efimov D.Yu. et al. Transformation of ecofunctional parameters of soil microbial cenosesin clearings for power transmission lines in central Siberia // Eurasian Soil Sci. 2017. Vol. 50(6). https://doi.org/10.1134/S1064229317060023
41.    Buturugă M.D., Ştefanic G., Săndoiu D.I. et al. Ecological methods of pedo-enzymatical analysis for soil fertility control // Rom. Biotechnol. Lett. 2016. 21 (3). 11471.
42.    FAO. World Reference Base for Soil Resources Rome. 2015.
43.    Galstian A.S. Enzymatic activity of soils // Geoderma. 1974. № 12.
44.    Hasanuzzaman M., Ueno A., Ito H. et al. Degradation of long-chain n-alkanes (C36 and C40) by Pseudomonas aeruginosa strain WatG // International Biodeterioration & Biodegradation 59. 2007.
45.    Jones D.M., Head I.M., Gray N.D. et al. Crude-oil biodegradation via methanogenesis in subsurface petroleum reservoirs // Nature. 2008. Vol. 451.
46.    Kovaleva E.I., Trofimov S.Ya., Zhongqi Ch. Impact of oil contamination on ecological functions of peat soils from West Siberia of Russia // JEQ. 2021. Vol. 50, № 1.
47.    Kutilek M., Nielsen D.R. Soil Hydrology; Catena Verlag: Cremlingen-Destedt, Germany, 1994.
48.    Leahy J.G., Colwell R.R. Microbial degradation of hydrocarbons in the environment // Microbiol. Rev. 1990. Vol. 54.
49.    Mathavan G.N., Viraraghavan T. Coalescence filtration of an oil-in – water emulsions in a peat bed // Water Research. 1992. Vol. 26, № 1.
50.    Mc Gill W.W. Soil restoration following oil spills – a review // J. Canad. Petrol. Technol. 1977. Vol. 16, № 2.
51.    Mierzwa-Hersztek M., Gondek K., Kopeć M. Degradation of Polyethylene and Biocomponent-Derived Polymer Materials: An Overview // J. Polym. Environ. 2019. Vol. 27.
52.    Papa S., Bartoli G., Pellegrino A. et al. Microbial activities and trace element contents in an urban soil // Environ. Monit. Assess. 2010. Vol. 165.
53.    Sánchez-Peinado M. del Mar, Rodelas Belén, Martínez-Toledo M.V., González-López Jesús, Clementina Pozo. Response of soil enzymes to Linear Alkylbenzene Sulfonate (LAS) addition in soil microcosms // Soil Biol. Biochem. 2009. Vol. 41, № 1.
54.    Šútor J., Kutílek M., Majerčák J. Evaluation of water storage in the aeration zone of soil // JHH. 1999. 47.
55.    Vodyanitskii Y.N., Avetov N.A., Trofimov S.Y. et al. Influence of oil and stratal water contamination on the ash composition of oligotrophic peat soils in the oil-production area (the Ob’ region) // Eurasian Soil Sci. 2013. Vol. 46, № 10. https://doi.org/10.1134/S1064229313100086
56.    Wang M., Garrido-Sanz D., Sansegundo-Lobato P. et al. Soil Microbiome Structure and Function in Ecopiles Used to Remediate Petroleum-Contaminated Soil // Front. Environ. Sci. 2021. 9:624070. https://doi.org/10.3389/fenvs.2021.624070
57.    Wu M., Ye X., Chen K. et al. Bacterial community shift and hydrocarbon transformation during bioremediation of short-term petroleum- contaminated soils // Environ. Pollut. 2017. Vol. 223.
58.    Yakutin M., Andrievskiy V., Puchnin A. Soil-biological methods in environmental monitoring of pale yellow soils of the central Yakutia // Interexpo GEO-Siberia. 2019. № 4(2).
59.    Yuangen Y., Paterson E., Campbell C. Urban soil microbial features and their environmental significance as exemplified by Aberdeen City, UK // Chin. J. Geochem. 2001. Vol. 20(1).
60.    Zaidi B.R., Imam S.H. Biodegradability in Encyclopedia of Ecology, 2008.
61.    Zhu L., Ding J., Wang J. et al. Ecological Effects of Oil Pollution on Soil-Plant System // Chinese Journal of Applied and Environmental Biology. 2012. Vol. 18(2).