Современная экологическая ситуация в Республике Ингушетия, которую без преувеличения можно признать кризисной, сформировалась во многом благодаря деструктивному природохозяйственному влиянию промышленного комплекса республики, образованного хозяйствующими субъектами нефтегазодобывающей, нефтеперерабатывающей и химической отраслей экономики Республики Ингушетия [3].
Кроме нефтеперерабатывающей промышленности вклад в уровень загрязнения атмосферного воздуха на территории Республики Ингушетия вносят транспорт, сельское хозяйство, предприятия жилищно-коммунального хозяйства и предприятия стройиндустрии.
Нефтяное загрязнение почв является наиболее опасным, поскольку оно принципиально изменяет свойства почв, а их очистка очень сильно затруднена [6].
Несмотря на многочисленные научные исследования, воздействия нефти и нефтепродуктов на экосистемы изучены слабо, особенно вопросы отдаленных последствий загрязнения нефтепродуктами, сульфатами, хлоридами, соединениями азота, фенолом [1, 4].
Так как Республика Ингушетия является нефтяной республикой, изучение влияния нефтяного загрязнения на состояние ее почв является актуальной задачей.
Использование растений для очистки загрязненной почвы основано на ускорении исчезновения поллютантов из почвы, на которой происходит вегетация растений [5]. При этом растения снабжают микроорганизмы корневыми экссудатами (которые содержат сахара, спирты, органические кислоты и т.д.), а микроорганизмы производят индуцибельные ферменты, катализирующие разложение загрязняющих веществ [7].
С целью биоиндикации изменений функциональных свойств загрязненной нефтью почвы по реакции сельскохозяйственных растений, имеющих разную чувствительность к неблагоприятным факторам воздействия среды, проведен следующий вегетационный опыт.
В качестве объекта исследования выбраны три типа почв, отличающихся степенью загрязненности нефтью и продуктами нефтепераработки. Пробы были отобраны на Карабулакском (НПЗ) нефтеперерабатывающем заводе в трех местах: проба №1 - почва на расстоянии 1 м от сливной ямы нефтепродуктов, проба №2 - на расстоянии, предусмотренном санитарными нормами, так называемая «обваловка», и про- ба №3 - на расстоянии 100 м от обваловки. Все пробы отбирались на глубине до 0,5 м. Отобранные образцы почв были заложены в деревянные ящики размером 0,27×0,38 м и высотой 9 cм, как показано на рис. 1.
Рис. 1. Ящики с образцами почв на второй неделе развития растений
Для всех типов почв были первоначально определены некоторые физико-химические показатели. Основные физические свойства почв приведены в табл. 1.
Таблица 1 Основные физические параметры почв
|
Номер пробы |
Влажность |
Объемный вес ρ |
Объемный вес ρD |
Удельный вес частиц |
Коэффициент пористости е |
Пористость n,% |
Плотность горных пород, р |
Число пластичности, Ip |
Предел текучести Х |
Гигроскопическая влага Х |
Тип почвы |
|
1 |
0,658 |
1,90 |
1,08 |
2,72 |
1,518 |
60,2 |
2,01 |
0,2 |
0,48 |
0,49 |
Глина |
|
2 |
0,372 |
1,87 |
1,36 |
2,71 |
0,942 |
49,7 |
1,92 |
0,14 |
0,4 |
0,44 |
Суглинок |
|
3 |
0,279 |
1,80 |
1,41 |
2,72 |
0,928 |
48,1 |
1,91 |
0,18 |
0,38 |
0,32 |
Суглинок |
Как видно из табл. 1, почва, наиболее загрязненная нефтью (проба №1), сильно отличается от других проб (№2 и №3) по влажности, объемному весу, коэффициенту пористости, пористости и другим показателям, то есть действительно загрязненность почв нефтью приводит к изменению ее состава.
На указанных почвах были высеяны различные сельскохозяйственные культуры: редис, овес, фасоль, люцерна. Реакция растений на загрязнение почвы нефтью оценивалась визуально в процессе вегетации [2].
Так как одними из наиболее информативных показателей развития растений являются их всхожесть и высота, то это и отслеживалось в течение всего развития растений.
Для достоверности данных вначале было проведено прореживание растений до одинакового количества всходов, так как процент всхожести растений на всех пробах отличался.
Было замечено, что в первые недели развития растений, происходит быстрый рост овса и фасоли во всех трех пробах, особенно в первой. Однако побеги овса и редиса в третьей пробе, хотя и достигают отличительную высоту, со временем становятся вялыми.
Развитие люцерны во второй пробе сначала протекает медленно, что не наблюдается в третьей и, особенно, в первой, где процент всхожести и высота растений высокие (табл. 2).
Реакция различных сельскохозяйственных растений, используемых в опыте, на загрязнение почвы неодинакова.
Оказалось, что наиболее чувствительной к нефтезагрязнению по всхожести является фасоль, а наиболее устойчивым и по всхожести, и по высоте являются овес и люцерна.
Значение показателей высоты растений на третьей неделе развития показано на рис. 2.
В данной работе проводилось определение химического состава почв до и после высадки растений. Основные показатели приведены в табл. 3 и 4.
Как видно из табл. 3, 4, содержание в почве карбонатов и бикарбонатов повышается c увеличением степени загрязненности почвы, но после высадки растений их содержание заметно уменьшается.
Таблица 2 Влияние нефтяного загрязнения на развитие сельскохозяйственных растений
|
Типы культуры |
Номер пробы |
Лабораторная всхожесть, % |
Средняя высота побега, см (3 неделя) |
|
1. Редис |
1 |
95 |
10 |
|
2 |
53 |
5,5 |
|
|
3 |
80 |
8 |
|
|
2. Овес |
1 |
97 |
20 |
|
2 |
92 |
16 |
|
|
3 |
75 |
10 |
|
|
3. Фасоль |
1 |
90 |
19 |
|
2 |
91 |
15 |
|
|
3 |
99 |
17 |
|
|
4. Люцерна |
1 |
97 |
2,5 |
|
2 |
30 |
2 |
|
|
3 |
60 |
1 |
Рис. 2. Высота растений на третьей неделе развития
Таблица 3 Основные физико-химические свойства до высадки растений
|
Название пробы |
рН |
Перманганатная окисляемость, мг/л |
Гидролитическая кислотность, ммг/л |
Карбонаты, моль на 100 г |
Бикарбонаты, ммоль на 100 г |
Хлор-ионы |
|
Проба 1 |
7,16 |
10 |
1,75 |
7,3 |
4,25 |
0,65 |
|
Проба 2 |
7,48 |
8,2 |
1,2 |
5,4 |
1,83 |
0,8 |
|
Проба 3 |
7,33 |
7,4 |
0,87 |
3,1 |
1,57 |
1,7 |
Таблица 4 Основные физико-химические свойства после высадки растений
|
Название пробы |
рН |
Перманганатная окисляемость, мг/л |
Гидролитическая кислотность, ммг/л |
Карбонаты, моль на 100 г |
Бикарбонаты, ммоль на 100 г |
Хлор-ионы |
|
Проба 1 |
7,66 |
3,2 |
1,31 |
6,4 |
1,97 |
0,5 |
|
Проба 2 |
7,76 |
2,7 |
0,9 |
4,1 |
0,84 |
0,68 |
|
Проба 3 |
7,53 |
2,3 |
0,46 |
2,8 |
0,3 |
0,9 |
Рис. 3. Изменение концентрации сульфат-иона после высадки растений
Таблица 5 Турбидиметрическое определение сульфат-иона
|
Тип почвы |
1,0 ммоль |
0,2 ммоль |
0,4 ммоль |
0,6 ммоль |
0,8 ммоль |
10,0 ммоль |
12,0 ммоль |
|
Проба 3 (до высадки) |
0,142 |
0,194 |
0,246 |
0,298 |
0,35 |
0,402 |
0,454 |
|
Проба 3 (после высадки) |
0,073 |
0,163 |
0,254 |
0,343 |
0,434 |
0,523 |
0,613 |
Отсюда следует сделать вывод, что содержание сульфат-иона уменьшается после высадки растений.
Содержание общего железа в данных почвах определяют по градуировочному графику (рис. 4).
Таблица 6 Определение массовой концентрации общего железа с сульфациловой кислотой
|
Тип почвы |
0 г/дм3 |
0,1 мг/дм3 |
0,2 мг/дм3 |
0,5 мг/дм3 |
1,0 мг/дм3 |
1,5 мг/дм3 |
2,0 мг/дм3 |
|
Проба 3 (до высадки) |
0,337 |
0,401 |
0,465 |
0,529 |
0,593 |
0,65 |
0,719 |
|
Проба 3 (после высадки) |
0,163 |
0,198 |
0,238 |
0,274 |
0,304 |
0,348 |
0,378 |
Рис. 4. Изменение массовой концентрации общего железа после высадки растений
Из графика видно, что массовая концентрации общего железа увеличивается при загрязнении почвы нефтью и уменьшается после высадки растений.
Отсюда следует сделать вывод, что содержание углерода органических соединений увеличивается при загрязнении почвы нефтью и уменьшается после высадки растений.
Таблица 7 Определение содержания в почве углерода органических соединений (гумуса)
|
Тип почвы |
0% |
1,0% |
2,0% |
3,0% |
4,0% |
5,0% |
|
Проба 3 (до высадки) |
1,274 |
1,060 |
1,110 |
1,142 |
1,187 |
2,040 |
|
Проба 3 (после высадки) |
1,270 |
1,005 |
1,085 |
1,125 |
1,146 |
1,198 |
Рис. 5. Изменение содержания углерода органических соединений после высадки растений
Заключение
Изучено влияние загрязненности почв на рост и развитие сельскохозяйственных культур. Установлено, что для изучаемых растений (редис, овес, фасоль, люцерна), используемых как биоиндикаторы, почва недостаточно самоочистилась от углеводородного загрязнения, что сказалось на морфологических показателях растений.
В результате проведенной исследовательской работы были получены экспериментальные данные для разработки и изучения способности к самоочищению нефтезагрязненных почв Ингушетии.
Рецензенты:
-
Алакаева Л.А., д.х.н., профессор кафедры неорганической и физической химии Кабардино-Балкарского университета, г. Нальчик;
-
Султыгова З.Х., д.х.н., профессор кафедры химии Ингушского государственного университета, г. Магас.
Работа поступила в редакцию 25.06.2012.