авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ  БИБЛИОТЕКА

АВТОРЕФЕРАТЫ КАНДИДАТСКИХ, ДОКТОРСКИХ ДИССЕРТАЦИЙ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Мониторинг загрязнения почв на газо-нефтяном месторождении северные бузачи (казахстан)

На правах рукописи

Тыныбаева Татьяна Габбасовна Мониторинг загрязнения почв на газо-нефтяном месторождении Северные Бузачи (Казахстан) Специальность 03.00.16 – экология

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Москва - 2006

Работа выполнена в Международном учебно-научном биотехнологическом центре Московского государственного университета им.М.В.Ломоносова

Научный консультант:

доктор биологических наук, профессор Кураков А.В.

Официальные оппоненты:

доктор биологических наук Котелевцев С.В.

доктор биологических наук, профессор Степанов А.Л.

Ведущее учреждение:

Российский университет дружбы народов

Защита диссертации состоится «_21_» декабря 2006 г. в 15 ч.30 мин. на заседании Диссертационного совета Д 501.001.55 в Московском государственном университете им.М.В.Ломоносова по адресу: 119992, г.Москва, Ленинские горы, МГУ им.М.В.Ломоносова, Биологический факультет, аудитория 389.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Биологического факультета МГУ им.М.В.Ломоносова.

Автореферат разослан «_» ноября 2006 г.

Приглашаем Вас принять участие в обсуждении диссертации на заседании Диссертационного совета. Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью, просим направлять по адресу: 119992, г.Москва, Ленинские горы, МГУ им.М.В.Ломоносова, Биологический факультет, Диссертационного совет Д 501.001.

Ученый секретарь Диссертационного совета кандидат биологических наук Н.В.Карташева Актуальность проблемы. В настоящее время ни один из нефтяных промыслов не относится к “безотходным“ производствам. При современном уровне технологий от 1.0 до 16,5% нефти и продуктов ее переработки теряется при добыче, переработке и транспортировке. Величина мировых потерь сырой и товарной (обессоленной) нефти составляет n.107 т/год, из них 20% приходится на Мировой океан, остальные - на почвы и пресные воды (Клименко, 1987).

Контаминация почв нефтью - особый вид загрязнения, который приводит к глубокому изменению всех основных характеристик почвы - морфологических, физических, химических и биологических свойств. Это обусловливает потерю почвами плодородия и отторжению их из сельскохозяйственного землепользования, загрязнению углеводородами нефти и сопутствующими токсическими веществами сопредельных сред и негативному воздействию на живые организмы. Причины этого феномена связаны со сложным составом нефти, часто ее «залповым» поступлением в почвы, высокой подвижностью, способностью циркулировать между различными компонентами экосистем (включая биоту) и персистентностью.

В Западном Казахстане интенсивно эксплуатируются крупные месторождения нефти и газа. Рост добычи углеводородного сырья значительно осложнил экологическую ситуацию в этом регионе. На производственных площадях нефтепромыслов, вдоль линий нефтепроводов и транспортных коммуникаций, на участках разведочного и геофизического бурения широкое распространение получают антропогенно деградированные почвы. Они возникают из-за механических нарушений почвенного покрова, аварий на скважинах, повреждений и коррозии трубопроводов, прорывов карт с нефтешламом и буровыми отходами, загрязнений сточными водами и из-за выбросов токсичных соединений в атмосферу. В 70-е годы в Западном Казахстане было открыто крупное газо-нефтяное месторождение Северные Бузачи. Его обустройство и добыча нефти начаты в 1998-1999 гг. Месторождение располагается в депрессии Прикаспийской низменности (Большом соре), большую часть которой занимают солончаки соровые и типичные. Засоленность почв, близкое залегание грунтовых вод и экстремальные климатические условия и ряд других причин определяют высокую коррозионную опасность окружающей среды на нефтепромысле и сложность проведения мероприятий по рекультивации почв. Все это указывает, что контроль загрязнения почв и оценки изменений их химических и биологических свойств жизненно необходимо для работы месторождения.

Целью работы было проведение мониторинга содержания углеводородов нефти и тяжелых металлов в соровых солончаках и насыпных грунтах площадок с технологическим оборудованием на месторождении Северные Бузачи и характеристика их химических и микробиологических свойств.

Задачи исследования:

1) Мониторинг содержания углеводородов нефти в почвах на начальном этапе нефтедобычи (1998-2006 гг);

2) Мониторинг содержания тяжелых металлов в почвах в первые годы нефтедобычи;

3) Характеристика химических свойств нефтезагрязненных соровых солончаков и насыпных грунтов месторождения.

4) Оценка изменений микробиологических свойств и биотестирование соровых солончаков и насыпных грунтов месторождения при загрязнении нефтью.

Научная новизна. Впервые проведен мониторинг содержания углеводородов нефти и тяжелых металлов в соровых солончаках и насыпных грунтах площадок с оборудованием месторождения, с первых лет нефтедобычи. Впервые изучены химические и микробиологические свойства нефтезагрязненных соровых солончаков: определены запасы основных биогенных элементов, численность разных групп микроорганизмов, пул биомассы бактерий и грибов, активность дыхания, азотфиксации, денитрификации и разложения целлюлозы. Установлено, что соровые солончаки и песчаные грунты характеризуются низкой активностью микробиологических процессов, невысокой интенсивностью утилизации вносимых субстратов и численностью бактерий (включая углеводородокисляющих), преобладанием в микробном пуле спор, а не мицелия грибов. Показано повышение количества копиотрофных и углеводородокисляющих бактерий и падение – актиномицетов, нитрификаторов и таксономического разнообразия стрептомицетов, микроскопических грибов в нефтезагрязненных (100-600 мг углеводородов/кг) солончаках и грунтах, достоверно не менялось базальное дыхание и разнообразие потребляемых субстратов микробными сообществами солончаков. При таком уровне контаминации нефтью в почвах возрастало содержание общего углерода, азота и подвижного фосфора, а также потенциальная скорость эмиссии диоксида углерода, азотфиксации и денитрификации.





Практическая значимость. Дана оценка загрязнения углеводородами нефти, тяжелыми металлами (Zn, Cd, Pb, Co, Ni, V, Cu) и мышьяком почв и насыпных грунтов на территории месторождения. Наиболее высокий уровень загрязнения почв, превышающий ПДК или близкий к нему, выявлен для мышьяка, никеля, свинца и цинка.

Обнаружение в ходе мониторинга повышенного содержания нефти на определенных участках нефтепромысла для принятия решения по их технической рекультивации. Подавляющее большинство анализов свидетельствует об уровне контаминации почв нефтью ниже, чем ПДК.

Однако необходимо помнить, что ситуация осложняется близким залеганием грунтовых вод в этом регионе, низкую нефтеемкость этих почв и самоочищающей способностью.

Биотестирование с использованием Artemia salina L. показало, что буровые отходы и нефтешлам представляют отходы 3-го класса опасности Обнаружены участки земель 4-го класса опасности, что указывает на необходимость биотестирования почв газо-нефтяного месторождения.

Прорастание семян тест-растения Lepidium sativum L. в соровых солончаках и насыпных грунтах вне зависимости от содержания нефти подавлено, причиной чему является солевой токсикоз почв.

Результаты исследований используются в лекционном курсе по «Почвенной биотехнологии», читаемом на кафедре биологии МГУ им.М.В.Ломоносова.

Апробация работы. Результаты исследований были представлены на Научно-практическом совещании по токсикологии, (Астрахань, 2002), всероссийской конференции «Биоразнообразие и функционирование микробных сообществ водных и наземных систем Центральной Азии», (Улан-Удэ, 2003), Международной научно-практической конференции «Проблемы и перспективы реабилитации техногенных экосистем», (Астрахань, 2004), Международной научной конференции «Антропогенная динамика природной среды» (Пермь, 2006).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 6 работ (2 статьи) и тезисов в трудах международных научных конференций, 2 статьи приняты к опубликованию.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, глав, заключения и выводов, изложена на _ страницах машинописного текста, содержит рисунков и таблиц. Список литературы включает _ работ, из них _ на иностранных языках.

ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ Для проведения физико-химических и микробиологических анализов и определения содержания углеводородов и тяжелых металлов на территории месторождения были выбраны площадки мониторинга. Их полощадь составляла 10х10 м2. С каждой площадки отбирали не менее 5 - 1 0 индивидуальных образцов Отбор образцов проводился методом случайной выборки и готовили смешанный образец весом 0,6 - 0,8 кг. Индивидуальный образец отбирали с площади размером 10x10 см и глубины 0-15 см. Аналогичным образом отбирали образцы почв или грунтов на участках с видимым загрязнением нефтью.

В 1998 г, за год до начала добычи нефти, образцы почв отбирали в местах расположения скважин поискового бурения (W125, W161 и W170), проводившегося на территории месторождения в 1975-78 гг. и 100 м от них (W125/1, W161/1 и W 170/1). С 1999 г. отбор почв ежегодно осуществляли на площадках, расположенных в 20 метрах от устьев оценочно-эксплутационных скважин после демонтажа бурового оборудования - NB1, NB2, NB3, NB4, в 2000 г NB-S20, NB-S21, NB-S22, NB-S23 (A-6), NB-S25, NB-S26. В 2002-2006 гг. отбирали образцы сорового солончака на территории санитарно-защитной зоны, серо-бурой почвы в непосредственной близости с вахтовым городком, с площадок из привозного грунта, на которых расположено технологическое оборудование и скважины NB-8, 14, 53, 632, ЗУ-3, ЦНС и соровых солончаков, примыкающих к этим площадкам. Отбор почв проводился в соответствии с “Методическими рекомендациями по контролю загрязнения почв (часть 2). М.:

Гидрометеоиздат. 1984 г”.

Валовое содержание азота, углерода и серы проводили на элементном анализаторе (VarioEL, Германия) при температуре 1150оС, подвижного фосфора и калия по Кирсанову, рН, аммония, нитратов, содержание водорастворимых солей, емкость обменных катионов согласно рекомендуемым стандартным методам (Минеев, 2001).

Содержание углеводородов нефти в почвах определяли путем экстракции их четыреххлористым углеродом на концентратомере КН-2 методом ИК спектрометрии в области 3000-3420 нм (ПНДФ 16.1:22.22-98).

Концентрацию тяжелых металлов в почвах определяли методом масс спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой на приборе 7500a ICP-MS фирмы Agilent Technologies. Навески почв (0,50 г) разлагали разбавленной 1:1 водой азотной кислотой в микроволновой печи Ethos D фирмы Milestone с сегментированным роторным автоклавом среднего давления MPR 600/12.

Разложение проводили 30 минут при мощности микроволнового излучения 750 Вт и температуре 200 C После разложения остаток почвы переносили в мерную колбу ёмкостью 100 мл и доводили объём до метки 5% азотной кислотой (U. S.

Environmental Protection Agency. 1994. Method 3051, 6020). Уровень загрязнения почв тяжелыми металлами и мышьяком оценивается в соответствии с требованиями ГОСТ 17.4.3.06-86 и ГН 2.1.7.020-94.

Микробиологическая характеристика соровых солончаков включала оценку методами посевов численности КОЕ (колониеобразующих единиц) бактерий на различных средах с добавкой и без NaCl - рыбо-пептонном агаре (РПА), РПА, разбавленном 10-ти кратно, голодном агаре, методом предельных разведений популяции нитрификаторов 2 фазы на среде Виноградского с нитритом. При оценке плотности популяций нефтеокисляющих микроорганизмов в почвах были использованы среды, в которых в качестве источников углерода использовали фенол (0,1%) или нефть (1-3%), а минеральная основа из среды Чапека, крахмального агара, на морской водой с дрожжевым экстрактом. Среды готовили в 2-х вариантах с добавкой хлорида натрия (3,5%) или на морской воде и водопроводной воде. Биомассу бактерий и грибов определяли методом люминесцентной микроскопии с акридином оранжевым и флюоресцеин диацетатом. Численность КОЕ, состав и относительное обилие грибов и актиномицетов в почвах определяли в посевах на сусло-агар и казеин глицериновую среду, соответственно. Интенсивность потенциальной азотфиксации, денитрификации, базального и потенциального дыхания почвы определяли стандартными методами в лабораторных условиях на газовом хроматографе (Хром 3700/4) (Звягинцев, 1991).

Фототрофные микроорганизмов выявляли световой микроскопией свежих образцов солончаков и при накопительном культивировании на среде ВG-11 (с добавкой и без NaCl) (Штина, 1990). Навески почвы (100 г) вносили в колбы с 1 л среды и инкубировали в условиях естественного освящения в течение 2-3 месяцев при температуре 25-35оС.

Интенсивность разложения целлюлозу путем инкубации полосок фильтровальной бумаги на поверхности почвенных пластинок при постоянной влажности (60% от полной влагоемкости (ПВ)) и 25оС.

Функциональное разнообразие микробных сообществ почв методом мультисубстратного тестирования с набором из 47 различных субстратов (Горленко, Кожевин, 2004).

Биотестирование для определения класса опасности почв, грунтов и отходов определяли по смертности жаброногих рачков артемий Artemia salina L. в водных экстрактах из образцов (ФР 1.39.2006.02 505). Фитотоксичность почв и грунтов по прорастанию семян и росту проростков кресс-салата Lepidium sativum L. на поверхности почвенных пластинок при влажности 60% от ПВ и 25оС.

Обработку результатов проводили с использованием программы “Statistica 6”.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ Мониторинг загрязнения углеводородами нефти соровых солончаков и площадок насыпного грунта с оборудованием и грунтовых вод При разработке и эксплуатации нефтяных месторождений, транспортировки углеводородного сырья практически невозможно избежать загрязнения почвенного покрова. Вместе с тем, значения ПДК для нефти и нефтепродуктов для почв окончательно не установлены. Согласно дополнению к перечню ПДК и ОДК №6229-91 минимальные ПДК нефти приняты для тундровых глеевых и тундровых болотных почв - 700 мг/кг, для почв пустынной зоны ПДК - 2000 мг/кг. Наиболее жесткие нормы установлены в «Методике исчисления размера ущерба, вызываемого захламлением, загрязнением и деградацией земель на территории Москвы» (Приложение 8), утвержденные распоряжением мэра Москвы Ю.М.Лужковым от 27 июля 1999 г. №801-РМ, по которой допустимым считается содержание нефтепродуктов в почве, не превышающее 300 мг/кг (Курбатова, 2006). По результатам исследований в различных странах Герасимова М.И. с коллегами (2003) в учебном пособии “Антропогенные почвы (генезис, география, рекультивация)” (ред. Г.В.Добровольский) рекомендуют принимать максимальную безопасную концентрацию нефтепродуктов в почвах и грунтах - 1000 мг/кг. В данной работе для оценки уровня контаминации почв и грунтов месторождения нефтью рассматривали превышение концентрации 300 мг/кг как слабое загрязнение и 1000 мг/кг как высокое. Эти критерии наиболее жесткие из существующих в директивных руководствах и аналитических обзорах.

Содержание углеводородов нефти в соровых солончаках и насыпном грунте площадок с буровыми станками или другим оборудованием, заметно менялось в течение 8 лет работы месторождения.

Анализ данных ОВОС показал, что в первые 2 года разработки месторождения (1998 – 1999 гг.) концентрация нефти в почвах существенно не увеличилась (табл.1). За это время было пробурено только 4 скважины, интенсивную добычу нефти не начали. На территории месторождения проводили строительство дорог, площадок под отходы бурения и их переработки, вахтового городка и временного поселка для буровиков.

В 2000 году загрязнение нефтью почв и насыпных грунтов резко возросло (в среднем в 7-10 раз), что связано с расширением месторождения, началом интенсивного бурения и добычи нефти (пущено 34 скважины). Поступление углеводородов в почву происходило из-за аварийных потерь при перекачки нефти по трубопроводам, разливов при бурении, перемещении отходов бурения на полигон для временного складирования и переработки, выбросов в атмосферу при работе технологического оборудования и движении автотранспорта.

Повышенный уровень загрязнения почв сохранялся в солончаках и площадках с насыпным грунтом не менее 4-х лет - до 2004 г. На отдельных площадках с буровыми станками (скважина 165, NB-8, 632), с замерным устройством (ЗУ - 3) – высокое содержание нефти обнаружено и в 2005-2006 гг.



Вместе с тем, с 2004 г. четко прослеживается снижение (в 2-5 раз) концентрации углеводородов нефти в соровых солончаках и на площадках, где расположены скважины.

Таблица Динамика содержания нефтяных углеводородов (мг/кг) в соровых солончаках и на площадках насыпного грунта без видимых признаков загрязнения (1998-2005 гг) Номер Общее содержание углеводородов, мг/кг площадки/го 1998 1999 2000 2001 2003 2004 2005, 2005, д весна осень Скважина * ** 200 210 400 - 170 (Скв.) А- Скв. NB-22 34 30 300 170 140 30 ЦНС 10 30 300 230 530 30 50 30 Скв. NB-1 19,2 30 280 400 60 70 Скв.NB-3* 30 50б Соровый 10 40 30 30 20 а солончак и (39 ) серо-бурая почва (СЗЗ4)) - 100 метров от скважины, 2 - 100 метров от скважины, 3- рядом с площадкой ЦНС, -соровый солончак и серо-бурая почва рядом с дорогой на границе СЗЗ и а – рядом с вахтовым городком) и б – песчаная почва (саксауловая роща в СЗЗ в 2 км от месторождения) и чистый соровый солончак в 1 км от месторождения в СЗЗ) (контроль (фоновое содержание углеводородов нефти) ;

* - соровый солончак в 10-20 м от площадки со скважинами NB-632 -22 мг/кг ( г), 215 мг/кг (2005 г) 100 мг/кг (2006 г), NB-8 – 210 мг/кг (2001 г), 110 – 220 мг/кг ( г), ** - пустая клетка – в этой таблице и других – нет данных.

Существует несколько причин обнаруженного падения содержания углеводородов в почве и грунтах. Во-первых, это обусловлено проведением технической рекультивацией территории месторождения (снятие верхних горизонтов почвы на наиболее загрязненных участках и удаление его на полигоны и карты с нефтешламом и подсыпка чистого грунта). Загрязненный грунт и почвы использовали для строительства дорог (для подсыпки в смеси с чистым грунтом при поднятия полотна дороги). Во-вторых, определенная часть углеводородов мигрирует в грунтовые воды в период весеннего снеготаяния и подъема уровня грунтовых вод, который достигает поверхности земли, смыва в наиболее депрессивные участки рельефа. В 2004 и 2006 годах произошли наводнения на месторождении. Весенний уровень воды был на 20-40 см выше поверхности земли, и значительное количество нефти из почв и грунтов было удалено при их поверхностом смыве. В-третьих, в почве, весной до летней засухи и в осенний период до заморозков идут процессы микробного разложения нефтяных углеводородов. В сухой летний период удаление углеводородов из почвы связано с улетучиванием и химической деструкцией под воздействием ультрафиолетового облучения.

Загрязнение почв в небольшой мере связано с буровыми отходами, так как содержание в них углеводородов нефти относительно небольшое - 0,019% ( мг/кг). Крайне высокую опасность представляет нефтешлам - концентрация углеводородов в его твердой массе – 11,6% (116,1 г/кг).

Поступление нефти в грунтовые воды территории месторождения подтверждается данными по оценке содержания в них углеводородов, фенолов и синтетических поверхностно-активных веществ (СПАВ) (табл. 2). На первом этапе мониторинга подземных вод (с 1999 по 2003 гг.) исследования были направлены на выявление их загрязнения от поверхностных источников, полигона для временного хранения отходов, расположенного за пределами основной территории месторождения. При дальнейшей разработке месторождения было пробурено мониторинговых скважин (глубиной 4-6 м) в зонах повышенного риска.

Таблица Уровень контаминации грунтовых вод месторождения углеводородами нефти, фенолами и синтетическими поверхностно-активными веществами* Год Определяемые СКВ.1 СКВ.3 СКВ.4 СКВ.5 СКВ. отбора вещества, мг/л проб 2001 Нефтяные 1,3 3 3,4 2,7 4, углеводороды Фенолы 0,012 0,23 0,026 0,033 0, СПАВ 1,4 0,5 1,6 0,6 0, 2002 Нефтяные 4,4 1,2 1,7 4,5 1, углеводороды Фенолы 0,024 0,018 0,019 0,03 0, СПАВ 2,2 3,4 3,0 2,6 2, 2003 Нефтяные 7,0 4,7 4,4 2,0 3, углеводороды Фенолы 0,013 0,018 0,019 0,028 0, СПАВ 0,68 0,47 1,38 0,43 0, 2004 Нефтяные 0,27 0,12 0,32 0,19 0, углеводороды Фенолы 0,014 0,033 0,03 0,036 0, СПАВ 1,33 0,7 0,6 1,7 1, 2005 Нефтяные 1,74 0,73 0,84 3,27 0, углеводороды Фенолы 0,011 0,010 0,010 0,022 0, СПАВ 0,32 0,11 0,32 0,26 0, 2006 Нефтяные 0,54 0,63 0,65 4,9 0, углеводороды Фенолы 0,014 0,015 0,01 0,017 0, СПАВ 1,4 0,16 0,18 0,25 0, * - ПДК для углеводородов нефти - 0,3, фенолов - 0,0001 и СПАВ - 0,5 мг/л (ПДК для грунтовых вод - РНД 03.1.0.3.01-96) Концентрация нефти, фенолов и СПАВ в грунтовых водах варьировала в течение 6 лет (с 2001 по 2006 гг.) в следующих диапазонах: углеводороды нефти – 0,02 - 16,6 (мг / дм3);

фенолы – 0,009-0,036 (мг / дм3);

СПАВ – 0,11 – 3,4 (мг / дм3).

Уровень загрязнения грунтовых вод этими соединениями в большинстве случаев значительно превышает ПДК.

Рост содержания поллютантов в грунтовой воде происходил в период с по 2004 года – период интенсивной разработки и обустройства месторождения, в частности, углеводородов нефти с 1,3 (2001 г) до 7,0 -16,6 (2003 г) мг/дм3. Это связано со строительством и обустройством технологических площадок, бурением новых скважин, сопровождающимся скоплением большого количества отходов – загрязненного грунта, нефтешлама и отходов бурения. Резкое изменения концентрации загрязняющих веществ в грунтовых водах связано и с такими природными явлениями как снеготаяние, ливневыми дождями и наводнениями в весенний период. Так, в результате крупного весеннего наводнения в 2004 году произошло смешивание грунтовых вод с дождевыми и талыми водами, и в них снизилась концентрация поллютантов. После 2004 году контаминация грунтовых вод нефтепродуктами не росла столь заметно как в 2001-2003 гг., а, напротив, отмечена некоторая стабилизация уровня их загрязненности (табл. 2).

Итак, с конца 2005 г по настоящее время содержание углеводородов в почвах без видимых загрязнений нефтью варьирует в среднем в диапазоне от 40 до мг/кг. Такой уровень концентрации нефти только в 1,5-5 раза выше фонового и не превышает ПДК согласно различным директивным инструкциям. Для активно действующего месторождения можно считать такой уровень невысоким. В СЗЗ вблизи вахтового городка содержание углеводородов нефти в 2005 г. составляло в среднем 38,9 мг/кг, а в образцах верхних горизонтов сорового солончака и песчаной почвы, отобранных в 1 км от месторождения, в 2006 г., не более 50- мг/кг.

В тоже время, на территории нефтяных месторождений неизбежно в результате аварий, протечек или других нарушений технологии возникают участки с повышенным загрязнением углеводородами (табл. 3). Они установлены в зоне, примыкающей к полигонам для складирования и переработки отходов бурения, непосредственной близости к нефтедобывающим скважинам, на площадках сбора, хранения и транспортирования нефти с месторождения (Центральной насосной станции), местах фланцевых соединений, расположения запорно-регулирующей аппаратуры и замерных установок на трубопроводах. Наиболее сильное загрязнение сорового солончака выявлено в непосредственной близости к площадке хранения и переработки отходов бурения: содержание углеводородов достигало 7480 мг/кг почвы (2003 г.) и рядом со скважиной 165 с действующим грифоном – 68070 мг/кг (2006 г.). Высокий уровень контаминации почв был обнаружен в 2000 г. около разведочной скважины A-11 – 5000 мг/кг и автозаправочной станции, расположенной в 100 м от вахтового городка - мг/кг, на площадках старой разведочной скважины в 10 метрах от устья – мг/кг и Центральной насосной станции (ЦНС) - 778 мг/кг, в 2006 г – на площадке насыпного грунта скважины NB-632 – 3410 мг/кг, в насыпном грунте площадки с замерным устройством (ЗУ-3) – 9020 мг/кг и рядом расположенного участка сорового солончака – 7800 мг/кг (табл. 3).

При обнаружении высоких концентраций углеводородов нефти в почве проводилась техническая рекультивация этой территории. В случае превышения содержания нефти в почве уровня ПДК удаляли ее верхний слой (0-10 см) и проводили подсыпку чистого грунта. Нефтезагрязненный слой почвы складировали на площадках сбора отходов, а в дальнейшем смешивали с чистым грунтом и использовали при строительстве для поднятия полотна дорог. При более низком уровне загрязнения на этих участках осуществляли только подсыпку грунта по поверхности.

Таблица Максимальные уровни загрязнения нефтью сорового солончака и насыпного грунта площадок с оборудованием, обнаруженные при проведении мониторинга на месторождения Северные Бузачи и время технической рекультивации этих участков Расположение загрязненных Время проведения Концентрация нефти, участков анализа почв, год мг/кг На площадке*** скважины NB-2 2001 2004-2005* 20- На площадке ЦНС 1998 778** 2001* Площадка разведочной скважины 2003 (10 м от устья) В 300 м на юг от площадки 1999 временного складирования и 2000 переработки отходов бурения 2001* 2003 7480** 2004* 2005* 20- На площадке скважины NB-1 1998 1999* 2001 2002-2004* 2005 20- На расстоянии 30 м от площадки 2000 скважины А- Пятно разлива нефтепродуктов у 2000 автозаправочной станции Площадка скважины NB-8 2006**** Площадка скважины NB-53 2006 Площадка скважины NB-632 2006 Площадка ЗУ-3 2006 Соровый солончак рядом с площадкой ЗУ- Соровый солончак у скважины 165 2006 * - после проведения технической рекультивации – удаление верхних наиболее загрязненных горизонтов сорового солончака и подсыпки грунта;

**- на нефтяном пятне;

*** - площадки представляют насыпной песчано-суглинистый засоленный грунт из карьера;

**** - анализы проведены 20.10.2006.

Итак, за период мониторинга с 1998 по 2006 гг. концентрация нефти в соровом солончаке на площадках без видимых признаков загрязнения не превышала уровень ПДК (1000 мг/кг). Рост загрязненности почв нефтью произошел в период начала активного бурения и добычи нефти на месторождении (в 2000-2003 гг.). Содержание углеводородов увеличилось на порядок по сравнению с фоновым, но оставалось в 1,5-3 раза ниже уровня ПДК. Если использовать более жесткие нормативы для оценки степени загрязнения почв нефтью (ПДК = 300 мг/кг), то тогда можно констатировать высокий уровень контаминации почв и грунтов в 2003 г. В последние годы (2004-2006 гг.) отмечено снижение концентрации углеводородов нефти в соровых солончаках и грунтах на площадках мониторинга. Обнаружение участков почвы или грунта с высоким содержание нефти (например, в 2006 г в насыпном грунте площадки скважины NB 8 - 1,5% и ЗУ-3 - 0,9% нефти и ряде других мест является основанием для незамедлительного проведения там технической рекультивации.

Подавляющее большинство анализов свидетельствует, что уровень контаминации почв нефтью ниже, чем ПДК. Важно, однако, подчеркнуть, что величина ПДК для засоленных почв, с близким залеганием грунтовых вод не разработаны и явно должны быть ниже, чем для типичных почв зонального ряда.

На месторождении планируется бурение новых скважин и их число в ближайшие годы составит 480, а уровень добычи достигнет в 2011 году 3,5 млн. тонн нефти в год, актуальность мониторинга загрязнения углеводородами нефти почв в этом регионе будет только возрастать. Необходимым элементом такого мониторинга должен стать также контроль за уровнем бенз(а)пирена и общего содержания полиароматических соединений в почвах.

Мониторинг загрязнения тяжелыми металлами соровых солончаков и насыпных грунтов площадок с оборудованием Соровые солончаки до начала активной разработки месторождения имели невысокое содержание меди, более чем в 5-10 раз ниже уровня ПДК. Количество свинца в этих почвах было в среднем в 3 раза меньше ПДК принятых для песчаных почв и 10 крат ниже ПДК для суглинистых кислых и глинистых почв с рН близким к нейтральному (табл. 4). Валовое содержание ванадия в соровых солончаках месторождения в 5 раз ниже ПДК, но характеризуются повышенным уровнем содержания цинка, который близок к ПДК для песчаных почв. Наиболее высок уровень валового содержания никеля в почвах месторождения, который превышает ПДК для песчаных почв и приближается к ПДК для глинистых почв. Регион характеризуется высоким содержанием мышьяка, в 1,3-2,2 раза больше ПДК для песчаных почв. Повышенное количество мышьяка объясняют природной аномалией, составом подстилающих пород и длительной аккумуляции данного элемента в бессточной депрессии сора.

Итак, к началу активной разработки соровые солончаки территории месторождения Северные Бузачи характеризовались повышенным содержанием мышьяка, никеля и кадмия, превышающим или близким к ПДК для почв.

Содержание тяжелых металлов в почвах и грунтах площадок возросло в течение 2001-2006 гг. в среднем в 1,5-3 раза (табл. 5). Для свинца, меди и цинка достигнутая концентрация не превысила ПДК для глинистых и суглинистых почв, но на отдельных площадках достигла ПДК для песчаных почв. Исключение составляет никель, содержание которого на ряде площадок достигало ПДК для суглинистых и глинистых почв (на площадке ЦНС - 82 мг/кг, скважин NB-1 и NB- - 79 и 74 мг/кг). Это связано с тем, что содержание никеля в почвах до начала разработки месторождения, было уже очень высоким. В большинстве случаев за последние 5 лет не отмечено значительного возрастания концентрации кобальта.

Изменение его уровня в почвах за весь период работы месторождения трудно оценить в связи с недостатком измерений в 1998-2000 гг., но по имеющимся данным также можно констатировать увеличение его концентрации в почвах в 2- раза. Содержание свинца превысило ПДК для песчаных почв в районе площадки отходов бурения (49 мг/кг в 2001 году). С 2003 года его концентрация остается стабильной на уровне нижней границы ПДК.

Таблица Содержание тяжелых металлов и мышьяка в соровых солончаках до начала разработки месторождения (мг/кг в.-с. почвы) Расположение площадок (год) ПДК W125, 161, 171, 125/1, Глинистые и Поллютант 161/1, 171/1 суглинистые рН Песчаные и (1999 год) (1998 год) KCI 5. супесчаные Свинец, Pb 7-16 5-23 (12)* 32 Медь, Cu 8-17 6-11 (8)* 33 Цинк, Zn 22-43 12-22 (16)* 55 Никель, Ni 28-44 17-74 (32)* 20 Кадмий, Сd 1,0 1,6-3,3(2)* 0,5 Мышьяк, As 1,6-3,8 2,2-3,5 (3)* 2 Ванадий, V 30 25-39 (32)* 150** *- среднее значение содержания металлов в образцах, ** - валовое содержание ванадия.

Очень высокое содержание кадмия в почвах, которое более чем на порядок превышает ПДК для этого элемента, обнаружено в 2001 году. Последующие анализы (2003, 2005 и 2006 гг) однако показали, что его уровень в грунтах площадок и соровых солончаках не столь высок, хотя также превышает фоновое содержание в почвах в 1,5-2,5 раза (близко к ПДК для песчаных почв).

Содержание ванадия в почвах ниже ПДК в 5 раз. Повышение его концентрации (в 2 раза) по сравнению с фоновыми значениями обнаружено у скважины NB – 8, 14 и 53. На других площадках (NB – 632 и ЗУ-3) его количество в почве заметно не изменилось. Содержание мышьяка в грунтах площадок и солончаков возросло (в 2,5-5 раз) за период эксплуатации месторождения и превышает в настоящее время ПДК для песчаных почв в 5-9 раз и для глинистых достигло или выше ПДК в 1,8 раза (табл. 5). Фоновое содержание мышьяка в почвах СЗЗ месторождения приближается к ПДК для глинистых почв (табл. 6).

Загрязнение почв и грунтов месторождения тяжелыми металлами обусловлено их высоким содержанием в нефти, нефтешламе и буровых отходах (табл. 7). Так содержание никеля, меди, цинка, мышьяка, кадмия, свинца в нефтешламе и, особенно, в буровых отходах в подавляющем большинстве случаев выше, чем ПДК для песчаных почв или даже глинистых почв. Нефть месторождения Северные Бузачи, в отличие от других промыслов, характеризуется высоким содержанием ванадия и никеля.

Таким образом, в результате проведения мониторинга почв месторождения (1998-2006 гг.) обнаружено повышение содержания свинца, меди, цинка, кадмия, ванадия и никеля - в 1,5-3 раза, мышьяка от 2,5 до 5 крат. Это обусловлено наличием тяжелых металлов в составе нефти, нефтешламе и буровых отходах и их выбросами в атмосферу при сжигании нефти и нефтепродуктов и работе транспорта.

Таблица Содержание тяжелых металлов в соровых солончаках (мг/кг) и насыпных грунтах на площадках без видимых признаков загрязнения (1998-2006 гг.) Расположение Время Pb Cu Co Zn Cd Ni загрязненных анализа участков валовое содержание, мг/кг в.-с. почвы Центр скопления 3 скважин – скважина 2001 31 11 2 37 7 А-6 2004 33 16 10 26 2005 весна 28 12 14 35 2005 осень 25 15 16 Площадка скважины 10 13 35 1 NB-2 2003 36 35 42 0,5 2004 33 13 11 30 2005 весна 28 12 12 36 2005 осень 25 7 13 26 Площадка ЗУ-3 8 10 28 1 2003 30 16 2006 5,3 10,2 26,8 0,2 24, Площадка 7 15 25 1 центральной 2001 29 14 17 40 6 насосной станции - 2003 22 29 40 5 ЦНС 2004 33 14 12 18 2005 весна 28 12 14 35 2005 осень 27 7 15 27 Площадка скважины 12 16 32 1 NB-1 2001 10 30 14 37 2003 30 33 42 0,5 2004 31 18 11 26 2005 весна 28 13 13 36 2005 осень 25 14 21 Площадка на границе 29 8 17 34 6 санитарно-защитной 2004 осень 34 14 12 29 зоны (СЗЗ) 2005 весна 31 16 13 35 2005 осень 24 14 14 В 300 м от площадки 7 18 21 временного 2001 49 10 19 19 8 складирования и 2003 26 15 переработки отходов 2004 38 12 14 25 бурения 2005 весна 30 9 15 29 2005 осень 15 14 10 41 0,2 Площадка скважины 2005 7,3 13 11 21 0,2 10, NB- Соровый солончак у 7,2 22 11 37 0,3 скважины NB -53 2006 12,5 22,8 53,0 0,3 42, Площадка скважины 2006 23,7 14,2 33,2 0,5 32, NB - Площадка скважины 2005 12 27 17 44 0,3 NB - Серо-бурая почва** (в СЗЗ в 100 м от 6 12 10 28 0,2 вахтового городка) Соровый солончак** (в СЗЗ в 1 км от 2006 5,3 9,5 19,4 0,2 21, месторождения) * - пустая клетка - нет данных;

** - контрольные (фоновые) уровни содержания тяжелых металлов.

Таблица Содержание ванадия и мышьяка в почвах (мг/кг) и насыпных грунтах площадок с буровыми станками без видимых признаков загрязнения Соровый солончак или насыпной грунт у Санитарно-защитная скважины зона (СЗЗ) Вариант Год NB - Соровый Серо-бурая ЗУ-3 NB-8 NB - NB - 14 солончак почва 2005 26* 31* 66* 35* Ванадий 72* 53* 2006 36** 26* (44**) (73**) 2005 5* 10* 9* Мышьяк 9* 10* 2006 7 7* (18**) (17**) * - соровый солончак, ** - насыпной грунт, пустая клетка – нет данных.

Таблица Содержание тяжелых металлов и мышьяка в нефтешламе и буровых отходах Валовое содержание, мг/кг Вид отходов V Ni Cu Zn As Cd Pb Нефтешлам 71,92 37,29 84,28 129,20 22,84 0,38 93, Буровые 56,73 34,06 124,20 45,65 19,68 1,37 36, отходы В отличие от углеводородов, содержание тяжелых металлов в почвах и грунтах растет ежегодно более медленно. Но в тоже время опасность от них не меньше, так как они не подвержены как органические соединения микробной деградации, и понизить концентрацию тяжелых металлов в почвах и грунтах можно только за счет их удаления с территории месторождения.

Все это требует постоянного мониторинга содержания тяжелых металлов в почвах и насыпных грунтах площадок на месторождении и в прилегающих землях и проведения технической рекультивации участков с их повышенным содержанием.

Физико-химические свойства нефтезагрязненных соровых солончаков и насыпных грунтов Соровые солончаки на территории месторождения имеют суглинистый и супесчаный механический состав, в котором преобладают (около 60-70%) мелко-среднезернистые фракции размерностью 0,05-0,25 мм. В местах окаймления депрессии песчаными и супесчаными гривами, в результате заносов они приобретают более легкий гранулометрический состав (ОВОС, 2000-2005).

В связи с близким залеганием грунтовых вод влажность почвы (за исключением небольшого верхнего слоя в несколько см) на глубине более 10-20 см высокая – 20-65%. Солончаки характеризуются бесструктурным сложением, с поверхностной соляной коркой (5 см). Мощность профиля небольшая – 40-50 см.

Нефтеемкость солончаков и грунтов низкая – порядка 100 г/кг.

В проанализированных нами образцах соровых солончаках содержание водорастворимых солей варьировало в диапазоне от 0,8 до 5,8%, в отдельных случаях до 10%, в насыпных песчано-суглинистых грунтах площадок, на которых располагается технологическое оборудование – 2%, в нефтешламе – 0,3%, буровых отходах -2,04% (табл. 8).

Таблица Содержание главных биофильных элементов в нефтезагрязненных соровых солончаках, насыпных грунтах, отходах бурения и нефтешламе (2006 г.) Место отбора и характер Содержание Валовое содержание, мг/кг (по образца углеводородов % Кирсанову) нефти, мг/кг С N S P K Зу-3 (площадка, грунт) 6,669 0,035 2,038 187 NB-53 (соровый солончак) 4,422 0,020 2,869 198 78, NB-53 (площадка, грунт) 6,707 0,025 0,501 223 NB-632 (соровый 5,165 0,069 1, солончак) NB-632 (площадка, грунт) 5,798 0,017 0, NB-8 (соровый солончак) 3,131 0,053 4,865 198 79, NB-8 (площадка, грунт) 219 Скважина 165 (соровый 6,0 0, солончак) Нефтешлам 8,387 0,040 2,137 247 Отходы бурения 5,165 0,159 5,352 222 Корково-пухлый солончак 2,935 0,020 2, (в СЗЗ) Соровый солончак (в СЗЗ, 2,069 0,007 1,046 122 1 км от месторождения) Засоление имеет хлоридно-сульфатный характер, отношение C1/SO4 варьирует по профилю от 1 до 17, солевая корка на поверхности почвы на 98% состоит из NaCl. Содержание карбонатов также высокое – в поверхностных слоях - 1,8-9,6%, с глубиной их количество увеличивается до 8,3-9,5% (Фаизов, 1980;

ОВОС, 2005).

Количество легкорастворимых солей в верхнем горизонте заметно выше в осенний период, чем весной, что обусловлено выпотным режимом в этих почвах.

Соровые солончаки характеризуются нейтральным и щелочным рН, низкой гидролитической кислотностью (0,35-1,05 мг.экв /100г), невысокой емкостью обменных катионов (Ca+Mg, мг.экв/100 г – 23,2 – 38,2), большим содержанием аммонийного азота (2,6-10,5 мг NH4/100г ), чем нитратов (1,4-2,0 мг NO3/100г).

Соровые солончаки характеризуются низким содержанием гумуса (0,2-0,6%), валовых форм азота (0,007-0,020%) и фосфора (0,06-0,15%) (ОВОС, 2001-2005).

Нефтезагрязненные почвы и грунт характеризуются значительно более высоким содержанием общего углерода, азота, подвижного фосфора. Достоверного роста концентрации подвижного калия и общего содержания серы при загрязнении почв нефтью не наблюдали, хотя тенденцию к увеличения их количества можно констатировать.

Микробиологическая характеристика нефтезагрязненных соровых солончаков и насыпных грунтов Численность и биомасса бактерий и грибов. Общая численность бактерий в соровых солончаках, согласно прямой люминесцентной микроскопии с красителем акридином оранжевым, не превышала нескольких млрд. клеток в 1 г почвы (табл.

9).

Таблица Жизнеспособная биомасса бактерий и грибов в загрязненных нефтью соровых солончаках* (2006 г) Расположение Грибы Бактерии площадок для Количество Биомасса спор Количество Биомасса отбора проб спор, х10 (мг/г) бактерий, бактерий (2006 г) х108/г (мкг/г) Соровый 5,9 ± 0,4 0,59 ± 0,4 2,1 ± 0,3 4,3 ± 0, солончак (у скв. NB - 14) Соровый 6,6 ± 0,5 0,66 ± 0,5 5,9 ± 0,4 11,8 ± 0, солончак (у скв. NB - 53) Соровый 4,6 ± 0,2 0,46 ± 0,2 3,5 ± 0,2 7,0 ± 0, солончак (у скв. NB - 632) Серо-бурая 10,3 ± 1,2 1,03 ± 1,2 8,2 ± 0,6 16,4 ± 0, почва (СЗЗ у вахтового городка) Соровый 3,6 ± 0,7 0,36 ± 0,7 3,8 ± 0,9 7,6 ± 1, солончак (СЗЗ у карта с нефтешламом) * - краситель флюоресцеин диацетат.

Достоверных различий в биомассе бактерий в образцах солончака с разным уровнем содержания нефти не отмечено;

в частности, между образцами из санитарно-защитной зоны и отобранными с площадок со скважинами NB-8, NB-9, NB-12.

Аналогичный вывод можно сделать на основании определения жизнеспособной биомассы бактерий и микроскопических грибов (с красителем флюоресцеин диацетатом) в почвах. В соровых солончаках при невысоком уровне загрязнения биомасса этих групп микроорганизмов в большинстве случаев не различалась. Жизнеспособная биомасса грибов и бактерий была достоверно выше в незагрязненной нефтью серо-бурой почве (1046 мкг/г), по сравнению с соровыми солончаками (370-670 мкг/г). Минимальные запасы жизнеспособной микробной биомассы установлены в образцах солончаков, отобранных в районе скважин NB 14 и 53 и имеющих более высокое содержание нефти, чем в - NB – 632. Грибная биомасса представлена преимущественно в виде спор, количество мицелия на порядки ниже (при микроскопии обнаруживаются только единичные гифы) (табл.

9). Это указывает, что жизнедеятельность грибов в этих почвах подавлена, что обусловлено их высокой засоленностью, крайне низким поступлением растительных субстратов и щелочной реакцией среды, которая более благоприятна для бактерий.

Численность бактерий, выделяющихся на богатой среде - РПА, была заметно выше в более загрязненных нефтью солончаках (170-210 мг/кг) и достигала нескольких млн. клеток КОЕ в 1 г почвы (табл. 10). При содержании нефти 10- мг/кг почвы численность КОЕ копиотрофных бактерий была значительно ниже – в большинстве образцов десятки тысяч клеток в 1 г почвы.

Обнаружена довольно высокая численность олиготрофных бактерий в нефтезагрязненных соровых солончаках (достигает десятка млн. клеток в 1 г почвы) (табл. 11).

Таблица Численность копиотрофных бактерий в нефтезагрязненных соровых солончаках КОЕ х105/г в.с. почвы Расположение площадок отбора проб РПА РПА с NaCl NB-9 65 NB-10 2 4, NB-14 0,2 0, NB-53 0,5 0, Скважина NB-632 1,3 0, СЗЗ у вахтового городка 0,2 0, СЗЗ в 300 м от площадки отходов бурения 0,4 4, * - коэффициент вариации данных 25-40%;

РПА – рыбо-пептонный агар.

Таблица Численность олиготрофных бактерий в нефтезагрязненных соровых солончаках КОЕ х106/г в.с. почвы Расположение площадок отбора проб РПА/10 РПА/10 с Голодный Голодный NaCl агар агар c NaCl Скважина NB-9 3,7 13,0 4,0 3, Скважина NB-10 13,0 10,0 4, *- пустая клетка – рост не обнаружен;

**- коэффициент вариации данных 25-40% Cоровые солончаки характеризуются очень низкой численностью КОЕ актиномицетов и микроскопических грибов (табл. 12). При загрязнении этих почв нефтью численность этих микроорганизмов, особенно актиномицетов, уменьшилась на 1-2 порядка и не превышала нескольких тысяч КОЕ/г.

Численность автотрофных нитрифицирующих бактерий. Численность нитрификаторов 2-ой фазы в нефтезагрязненных соровых солончаках была, в большинстве случаев, низкой и варьировала в диапазоне от сотен до тысяч клеток в 1 г (табл. 13).

В насыпных грунтах некоторых площадок, характеризующихся высоким содержанием нефти, они вовсе не были обнаружены. В 2-х случаях - у скважины NB-10 и в 300 м от площадки отходов бурения их количество достигало нескольких тысяч клеток в 1 г. Введение хлорида натрия в состав среды во многих случаях позволяло повысить количество выявляемых нитрификатов в соровых солончаках.

Таблица Численность актиномицетов и микроскопических грибов в в нефтезагрязненных соровых солончаках и серо-бурой почве Вариант Актиномицеты, Грибы, КОЕ/г почвы (х103) КОЕ/г почвы (х10 ) Соровый солончак в 100 м 3.3 1, от скв. NB- Соровый солончак в 100 м 2.9 0, от скв. NB- Соровый солончак в 100 м 6,5 20, от скв. NB- Серо-бурая почва (СЗЗ у 14,5 6, вахтового городка) Соровый солончак (СЗЗ в 124,1 24, 300 м от площадки отходов бурения) * - коэффициент вариации данных в среднем 30%.

Таблица Численность углеводородокисляющих бактерий в загрязненном нефтью соровом солончаке КОЕ х105/г в.с. почвы Расположение площадок для Среда Среда Крахмальный Крахмальный МКД*, отбора проб Чапека Чапека агар для УВО агар для УВО с для УВО, для УВО для NaCl УВО с NaCl Соровый -** - - - 0, солончак (скважина NB 10) Скважина NB-14 0,06 0,03 0,03 0,004 Скважина NB-53 0,007 0,04 0,01 0,03 Скважина NB- 0,03 0,02 0,01 0, Серо-бурая почва (СЗЗ в 300 м от площадки 0,09 110 0,2 отходов бурения) Серо-бурая почва (СЗЗ у 4,8 1,1 0,03 0, вахтового городка) * - в средах Чапека и крахмальном агаре, источник углерода (сахароза и крахмал) заменены на нефть (1%), в МКД – минеральная среда на основе морской водв с фенолом (0,1%) ** - нет данных.

Численность углеводородокисляющих бактерий. Численность нефтеокисляющих микроорганизмов в большинстве образцов соровых солончаков (NB-10, 14, 53, 632) варьировала от сотен до нескольких тысяч КОЕ/г почвы (табл. 13).

Максимальная плотность популяции углеводородокисляющих бактерий (от тысяч до десятков миллионов клеток в 1 г) обнаружена в серо-бурой почве (СЗЗ у вахтового городка) и в 300 м от площадки отходов бурения. Более высокая численность углеводородокисляющих бактерий согласуется с максимальной интенсивностью эмиссии диоксида углерода из этих почв.

Состав актиномицетов и грибов. В соровых солончаках среди актиномицетов наиболее обильно представлены стрептомицеты секции Cinereus серии Achromogenes, секции Albus серии Albus и секции Helvoloflavus серии Helvolus (табл. 14).

Таблица Секционный состав и относительное обилие почвенных актиномицетов в нефтезагрязненных соровых солончаках Streptomyces (Секции/ Серии), % Другие Cinereus Albus Helvolo таксоны Вариант flavus актином ицетов Achromo Viobaceus Albus Albo Helvolus genes coloratus Соровый солончак в 100 м СКВ.NB- Соровый солончак в 38,5 46,5 9,5 100 м СКВ.NB- Соровый солончак в 27,5 72, 100 м СКВ.NB- Соровый солончак (СЗЗ в 300 м от площадки 48 0,45 4 47,5 0, хранения отходов бурения) Серо-бурая почва (СЗЗ у вахтового 70,5 7 2,5 7 городка) Загрязнение этих почв нефтью привело к снижению разнообразия актиномицетов рода Streptomyces. Из нефтезагрязненных почвах не были выделены стрептомицеты секции Cinereus серии Viobaceus, секции Albus серии Albocoloratus, но, одновременно, в них возросло обилие представителей секции Albus серии Albus, секции Helvoloflavus серии Helvolus.

В составе грибов в нефтезагрязненных соровых солончаках в посевах на питательные среды доминировали представители родов Aspergillus, Cladosporium, Paecylomyces (P. lilacinus), Fusarium, Penicillium (секции Biverticillata) и виды, представленные темным стерильным мицелием. В микробных сообществах, развивающихся на внесенном на поверхность почв крахмале и целлюлозе (фильтровальной бумаге), наряду со стрептомицетами и бактериями (бациллами) также обнаружен рост грибов родов Aspergillus (A. ustus), Paecylomyces, стерильного темного мицелия и Stachybotrys alternans.

Отмечено более высокое обилие Cladosporium, Paecylomyces lilacinus и вида, представленного стерильным темным мицелием в наиболее загрязненных нефтью образцах.

Состав фототрофных микроорганизмов. Фототрофные микроорганизмы не были обнаружены при прямой световой микроскопировании образцов сорового солончака. Согласно методу накопительных культур фототрофы нефтезагрязненных солончаков представлены цианобактериями Anabaena spiroides, Anabaena flos-agyae, Aphanizomenon flos-agyae, Microcystis pulverea, Microcystis grevillei, Microcystis aeruginosa (отдел Cyanophyta) и одноклеточными зелеными водорослями - Oocystis echinulata, Oocystis parva (отдел Chlorophyta). Сообщества цианобактерий существенно различались в зависимости от площадки отбора образцов. Так в серо-бурой почве из санитарно-защитной зоны (у вахтового городка) в отличие от солончаков у скважины №632 обнаружены Anabaena spiroides, Anabaena flosagyae, Aphanizomenon flosagyae, но не выявлены Microcystis aeruginosa, Microcystis pulverea и Microcystis grevillei. Виды Oocystis echinulata, Microcystis pulverea встречались на обоих участках.

Активность выделения диоксида углерода. Соровые солончаки характеризуются крайне низкими уровнями не только базального дыхания, но и дыхания, индуцированного добавкой легкодоступного субстрата (глюкозы) (на несколько порядков ниже, чем, например дерново-подозолистая почва). Активность базального дыхания в ряде образцов соровых солончаков, как нефтезагрязненных, так и чистом, была следовой. Эмиссия диоксида углерода была более высокой из нефтезагрязненных грунтов, чем соровых солончаков, что, наиболее вероятно, связано с меньшей их засоленностью (табл. 15).

Повышение активности выделения диоксида углерода при внесении глюкозы в почвы было небольшим, часто вовсе не происходило. Это указывает, что почвенные микроорганизмы находятся в подавленном физиологическом состоянии и значительная их доля не адаптирована к условиям повышенной обеспеченности доступным субстратом и его внесение, по-видимому, приводила их гибели.

Функциональная активность микробных сообществ (мультисубстратное тестирование (МСТ)). Микробные сообщества соровых солончаков из санитарно защитной и импактной зон характеризовались низким разнообразием и активностью потребления субстратов (в среднем 16-23 из 47 соединений, углевододов, аминокислот, спиртов и т.д.) При исследованном уровне загрязнения (содержание нефти около 200 мг/кг) они имели близкие интегральные показатели разнообразия и выравненности спектров потребляемых субстратов (СПС) (Горленко, Кожевин, 2004)) (табл. 16). Кластерный анализ данных по интенсивности потребления субстратов методом Варда с расчетом квадрата эвклидова расстояния показал, что, несмотря на четкое обособление СПС сообщества почв санитарно-защитной зоны, экспериментальные точки, представляющие нефтезагрязненные почвы и грунты, не образуют структурированной области в пространстве СПС. Это указывает о невысокой выраженности действия нефти при низком уровне загрязнения на СПС. Другой вывод, что небольшая контаминация почв санитарно-защитной зоны воздушным путем сглаживает отличия в СПС этих почв.

Таблица Активность базальной и потенциальной эмиссии диоксида углерода из почв и грунтов месторождения мкмольСO2/г*сут (10-3) Расположение площадок для отбора проб базальное дыхание потенциальное дыхание (с внесением глюкозы) Соровый солончак в 100 м от 0,4 0, площадки ЦППН (ЦНС) Соровый солончак в 100 м от 0,7 0, площадки скважины NB- Соровый солончак в 100 м от следовая 0, площадки строящейся буровой вышки (монтажные работы) Соровый солончак в 100 м от 0,5 0, площадки скважины NB- Соровый солончак в 100 м от 0 0, площадки скважины NB-2 (ЗУ-2) Насыпной грунт в 2 м от ЗУ-3 1,3 2, Насыпной грунт в 2 м от 0,5 2, скважины NB- Контрольный чистый соровый следовая 0, солончак в 1000 м от месторождения за пределами буровой В то же время, существуют различия в перечне субстратов, активно потребляемых в почвах загрязненных нефтью и санитарно-защитной зоны. Дульцит, лейцин и раффиноза потребляются только микробными сообществами солончаков с повышенным содержанием нефти. Более высокая интенсивность потребления аланина и глутамина характерна для нефтезагрязненных почв, а ксилозы и треонина – для почв санитарно-защитной зоны. Можно констатировать, что при низком уровне загрязнения почвы меняется интенсивность потребления ограниченного числа субстратов.

Отдельные показатели функционирования микробных сообществ статистически значимо различаются в зависимости от концентрации нефти в почвах. Так, при возрастании концентрации нефтепродуктов с 30 (санитарно защитная зона) до 170-210 мг/кг почвы наблюдается рост потребления глутамина и угнетение потребления сорбита. В связи с этим, представляется возможной дифференциальная диагностика уровня загрязнения почв нефтепродуктами по данным о потреблении этих субстратов по методу МСТ.

Интенсивность разложения целлюлозы. Полоски фильтровальной бумаги визуально практически не разрушились после инкубации их в течение 4 месяцев на поверхности солончаков при 25оС при постоянной влажности. На поверхности целлюлозных фильтров был установлен рост редких гиф грибов и микроколонии актиномицетов. Более заметно разложение целлюлозных полосках протекало в солончаках, имевших минимальное содержание солей. Степень их разрушения достигала 1-5 и 5-10% через 1,5 и 4 месяца. Значительно активнее фильтровальная бумага разлагалась на поверхности серо-бурой почвы (СЗЗ у вахтового городка) – через 1,5 месяца степень ее разрушения достигла в среднем 30%, а к 4 месяцу превышала 50%.

Таблица Разнообразие и выравненности спектров потребления субстратов микробными сообществами соровый солончак санитарно-защитной и импактной зон Показатель Санитарно- У скважины защитная NB-2 NB-8 NB-9 NB- зона Разнообразия 4,34 4,63 3,69 4,3 3, Шеннона (H) Выравненности 0,78 0,84 0,66 0,78 0, Пиелу (S) Активность азотфиксации и денитрификации. Процессы азотфиксации и денитрификации являются ключевыми при оценке поступления и потерь азота из почв природных экосистем. Соровые солончаки как фоновые (контрольные), так и нефтезагрязненные прояляют очень низкую активность азотфиксации, в сравнении с другими типами почв. Обнаружена крайне высокая вариабельность в интенсивности этого процесса в загрязненных почвах, причем выявлены образцы со сходной и существенно большей активностью азотфиксации, чем в контроле(табл. 17).

Таблица Потенциальная активность азотфиксации и денитрификации в нефтезагрязненных соровых солончаках и насыпных грунтах (2006) Площадки расположения отбора проб Азотфиксация, Денитрификация, (10-3) мкг N2 / мкг N-N2O/г.час.

г час Соровый солончак в 10 м от ЦНС 0,28 Соровый солончак в 10 м от скв. NB-53 3,08 1, Соровый солончак в 10 м от площадки 0,28 1, строящейся буровой вышки Соровый солончак в 10 м от скв. NB-8 23,24 1, Соровый солончак в 10 м от площадки 67,2 1, скважины NB-2 (ЗУ-2) Насыпной грунт в 2 м от ЗУ-3 884,8 4, Насыпной грунт в 2 м от скв. NB-8 0,56 1, Соровый солончак у скв. NB-14* 2, Соровый солончак у скв. NB-53* 0, Соровый солончак у скв. NB-632* 3, Серо-бурая почва (в СЗЗ в 300 м от 5, шламосборника)* Серо-бурая почва (в СЗЗ у вахтового 6, городка)* Незагрязненный соровый солончак (СЗЗ в 0,22 0, 1000 м от месторождения) Повышение азотфиксирующей активности объясняют тем, что ограничение доступа кислорода при загрязнении почвы нефтью оптимизирует условия для нитрогеназы и существованием бактерий, способных фиксировать азот атмосферы при использовании нефтяных углеводородов в качестве единственного источника углеродного питания и энергии (Квасников, Клюшникова, 1982;

Исмаилов, 1988).

Активность денитрификации в нефтезагрязненных соровых солончаках в подавляющем большинстве случаев достоверно выше, чем в фоновом контрольном солончаке. В сравнении с серо-бурой почвой и песчаным грунтом технологических площадок интенсивность денитрификации в солончаках, как чистых, так и нефтезагрязненных, значительно ниже, что связано с высоким уровнем их засоления Микробиологическая характеристика этих почв свидетельствует, о низкой численности копиотрофных и углеводородокисляющих бактерий, нитрификаторов 2 фазы и относительно большой плотности популяции олиготрофных бактерий.

Эти почвы характеризуются невысокой активностью дыхания, азотфиксации, денитрификации и разложения целлюлозы Отмечено повышение количества копиотрофных и нефтеразрушающих бактерий и падение нитрификаторов в наиболее загрязненных нефтью почвах, сходным было разнообразие потребляемых субстратов и уровнем базального дыхания у микробных сообществ. При загрязнении нефтью соровых солончаках состав актиномицетов и грибов упрощается, не происходит заметного роста пула микробной биомассы, который представлен в основном спорами грибов. Все это указывает на низкий самоочищающий потенциал от нефтяных загрязнений этих почв.

Оценка токсичности нефтезагрязненных соровых солончаков, грунтов, нефтешлама и буровых отходов Биотестирование c семянами кресс-салата Lepidium sativum L. Почвы месторождения содержат повышенное содержание водорастворимых солей и, естественно, должны проявлять солевой токсикоз к растениям. Известно, что при внесении аммиачной селитры или хлорида калия, например, он проявляется по отношению к кресс-салату (к прорастанию его семян) в концентрациях более 1% в почвах (Кураков и др., 1989). Представляло важным определить изменились ли проявления солевого токсикоза в соровых солончаков при загрязнении нефтью, а также оценить фитотоксичность насыпных грунтов и почв разных типов и засоленности, расположенных в санитарно-защитной зоне. Эта информации имеет ценность при выборе почв и грунтов для рекультивации.

Установлено, что в независимости от содержания нефти прорастание семян тест-растения кресс-салата в соровых солончаках полностью подавлено (табл. 18). В образцах серо-бурой и песчаной почвы и наименее засоленных образцов солончака (0,6%) из санитарно-защитной зоны семена прорастали, но процент прорастания был значительно ниже (на 13-60%), чем в контроле (на бумажном фильтре). Рост проростков кресс-салата в них был также ингибирован, в сравнении с контролем. Главная причина фитотоксичности этих почв не контаминация нефтью (содержание ее в большинстве образцов не столь невысоко – 50-200 мг/кг), а их засоленность (от 0,8-5,5%).

Таблица Фитотоксичность нефтезагрязненных соровых солончаков (тест-растение кресс-салат) Длина Прорастание семян, % Места отбора образцов* проростков, см 3 сут 5 сут 10 сут 3 сут 5 сут Соровый солончак у скв. NB-2, NB- 0 0 8, NB-14, NB-53, NB- Площадка (грунт) скв. NB-8 0 0 Площадка (грунт) скв. NB-8, NB- 0 0 632, ЦНС, ЗУ- Соровый солончак (незагрязненный 0 0 – СЗЗ, в 1 км от месторождения) Солончак слабозасоленный (в СЗЗ у 0 5 30 - 0, площадки отходов бурения) Серо-бурая почва (в СЗЗ у 30 75 75 1 5, вахтового городка) Песчаная почва (в СЗЗ в 70 86 86 0,5 2, саксауловой роще) Контроль (водопроводная вода) 95 99 99 2,5 * - образцы отобраны в апреле и сентябре 2006 г.

Насыпной песчано-суглинистый грунт, который использовался для строительства площадок для буровых и другого технологического оборудования месторождения, также обладал высокой фитотоксичностью.

Она выявлена и в образцах с низким содержанием нефти, т.е. была обусловлена их засоленностью. Полученные данные свидетельствуют о возможности использования этого грунта только для технической рекультивации, подсыпки вместо удаленной загрязненной почвы.

Биотестирование на солетолерантных рачках Artemia salina L.

Биотестирование показало, что нефтешлам и буровые отходы представляют собой отходы 3-го класса опасности (табл. 19). Образцы соровых солончаков и грунта, отобранных в санитарно-защитной зоне и у действующих скважин (NB-8) без видимых признаков загрязнения нефтью (220 мг/кг) не были токсичными для Artemia salina L (5 класс опасности). Вместе с тем, образцы с участка сорового солончака, расположенного рядом со скважины NB-632, также с невысоким содержанием углеводородов нефти (100 мг/кг) и сходным с солончаком у NB-8 уровнем контаминации тяжелых металлов, имели 4-го класса опасности. Это свидетельствует, что даже при контроле широкого круга токсичных соединений, необходимо биотестирование почв месторождений.

Таблица Определение класса опасности соровых солончаков, грунтов и отходов нефтедобычи при помощи тест-объектов Artemia salina L.

Вариант* Разведение Количество Класс погибших опасности особей, % NB-632 (соровый солончак) 1:1 56, 1:100 1:1000 1:10000 Нефтешлам 1:1 96, 1:100 93, 1:1000 1:10000 Отходы бурения 1:1 1:100 1:1000 1:10000 NB-8 (соровый солончак) 1:1 0 5** NB-8 (насыпной грунт) 1:1 0 Незагрязненный соровый солончак (СЗЗ в 1 км от 1:1 месторождения) * - образцы отобраны в сентябре 2006 г.;

** - 5 класс опасности – образец не токсичен.

ВЫВОДЫ 1.Впервые проведен мониторинг содержания углеводородов нефти и тяжелых металлов в почвах и грунтах с первых лет разработки газо нефтяного месторождения, расположенного в пустынной зоне на соровых солончаках.

2. За период мониторинга с 1998 по 2006 гг. концентрация нефти в соровом солончаке и насыпных песчаных грунтах площадок с оборудованием, которые не имели видимых признаков загрязнения, не превышала ПДК = 1000 мг/кг. Загрязнение почв нефтью произошло в период начала активного бурения и добычи нефти (в 2000-2003 гг.). Содержание углеводородов увеличилось по сравнению с фоновым в 5-10 крат, до 200-600 мг/кг почвы/грунта. Согласно наиболее жестким нормативам (ПДК для городов 300 мг/кг) в 2003 на некоторых площадках произошло превышение допустимой концентрации нефти. В последующие годы (2004-2006 гг.) наблюдали снижение концентрации углеводородов нефти в соровых солончаках и грунтах. Высокий уровень контаминации грунтовых вод углеводородами нефти, фенолами и синтетическими поверхностно активными веществами ( ПДК) уже с 2001 г. свидетельствует об их миграции из почв.

3. На месторождении периодически выявляются отдельные участки солончаков и грунтов с высоким содержанием нефти, что служит основанием для проведения на них технической рекультивации. Пять таких мест обнаружено нами при последнем (осень 2006) обследовании территории месторождения.

4. Мониторинг соровых солончаков и грунтов технологических площадок месторождения обнаружил повышение содержания свинца, меди, цинка, кобальта, кадмия, ванадия и никеля - в 1,5-3 раза, мышьяка от 2,5 до 5 крат за период с 1998 по 2005-2006 гг.. Это обусловлено наличием тяжелых металлов в нефти, нефтешламе и буровых отходах, а также выбросами в атмосферу при сжигании нефти и нефтепродуктов и работе автотранспорта.

Ежегодное накопление тяжелых металлов и мышьяка в почвах и грунтах месторождения идет медленнее, но тенденция неуклонно положительная, в отличие от углеводородов. Концентрация цинка и свинца во многих почвах и насыпных грунтах в настоящее время сопоставима с уровнем ПДК для песчаных почв, для меди и ванадия она в 1,5-4 раза ниже ПДК. Наиболее опасного уровня загрязнение почв и грунтов достигло никелем и мышьяком, содержание которых исходно было высоким. Оно превышает ПДК как для песчаных почв, так и глинистых почв.

5. Соровые солончаки характеризуются нейтральным и щелочным рН (6,9-9,7), низкой гидролитической кислотностью, высоким содержанием водорастворимых солей (в среднем 2-4%). Впервые определены запасы основных биофильных элементов в верхнем горизонте этих почв и их изменение в результате загрязнения нефтью. В нефтезагрязненных солончаках и песчаных грунтах возрастало содержание общего углерода, азота и подвижного фосфора. Валовое содержание серы и калия в большинстве случаев достоверно не изменилось.

6. Впервые дана комплексная микробиологическая характеристика соровых солончаков. В этих почвах низкая численность копиотрофных и углеводородокисляющих бактерий (десятки-тысячи КОЕ/г), актиномицетов, грибов, нитрификаторов 2 фазы и фототрофных микроорганизмов при относительно большой плотности популяции олиготрофных бактерий (млн.

КОЕ/г). Подавляющая часть (90%) микробной биомассы в солончаках представлена покоящимися структурами грибов (спорами). Соровые солончаки и песчаные грунты характеризуются крайне невысокой активностью дыхания, азотфиксации, денитрификации и разложения целлюлозы. Установлено повышение количества копиотрофных и углеводородокисляющих бактерий и падение – актиномицетов, нитрификаторов и таксономического разнообразия стрептомицетов, микроскопических грибов при загрязнении почв нефтью. Потенциальная активность эмиссии диоксида углерода, азотфиксации и денитрификации возрастала в нефтезагрязненных солончаках и грунтах (при содержании нефти 100-600 мг/кг). При исследованном уровне загрязнения (около 200 мг/кг) микробные сообщества почв имели близкие интегральные показатели разнообразия потребляемых субстратов и базального дыхания.

7. Биотестирование с использованием дафний Artemia salina L. показало, что буровые отходы и нефтешлам представляют отходы 3-го класса опасности.

Образцы соровых солончаков и грунта, отобранных в санитарно-защитной зоне и у действующих скважин не были токсичными для данного тест организма. Однако обнаружены участки земель 4-го класса опасности, что указывает на необходимость биотестирования почв газо-нефтяного месторождения. Прорастание семян тест-растения Lepidium sativum L. в соровых солончаках и насыпных грунтах вне зависимости от содержания нефти подавлено, причиной чему является солевой токсикоз почв.

Список работ, опубликованных по теме диссертации 1. Тыныбаева Т.Г. Микробиологический мониторинг нефтезагрязненных почв Казахстана // Экологическая токсикология: Подготовка специалистов биотехнологов;

Мониторинг и биологическая реабилитация загрязненных нефтью и нефтепродуктами территорий: Научно-практическое совещание, Астрахань, сентября 2002, М.: МАКС Пресс, 2002, с. 2.Тыныбаева Т.Г, Терехов А.С., Колотилова Н.Н. Характеристика микробных сообществ почв полуострова Бузачи // Материалы всероссийской конференции «Биоразнообразие и функционирование микробных сообществ водных и наземных систем Центральной Азии», г.Улан-Удэ, 21-29 июля 2003 г. с.204.

3.Тыныбаева Т.Г., Дзержинская И.С. Особенности техногенных ландшафтов газонефтяного месторождения Северные Бузачи // Международная научно практическая конференция «Проблемы и перспективы реабилитации техногенных экосистем», Астрахань, 2004г. М.: МАКС Пресс, 20 – 24 сентября 2004, с.139.

4. Тыныбаева Т.Г., Кураков А.В. Химические и микробиологические свойства загрязненных нефтью соровых солончаков месторождения Северные Бузачи //Доклады Московского общества испытателей природы (МОИП), 2006, т.39, С.166-172.

5. Тыныбаева Т.Г., Ибатуллина И.З., Кураков А.В. Биотестирование токсичности соровых солончаков, насыпных грунтов и отходов на газо-нефтяном месторождении Северные Бузачи (Казахстан) // Международная научная конференция «Современные проблемы загрязнения почв». Сборник тезисов. Ф-т почвоведения МГУ, Докучаевское об-во почвоведов. М. 2007.

6. Тыныбаева Т.Г., Кураков А.В. Мониторинг загрязнения почв и насыпных грунтов площадок с оборудованием на газо-нефтяном месторождении Северные Бузачи (Казахстан) // Доклады Московского общества испытателей природы (МОИП), 2007, т.40, С.50-60.

7. Кураков А.В., Тыныбаева Т.Г. Мониторинг загрязнения тяжелыми металлами и мышьяком соровых солончаков и насыпных грунтов площадок с оборудованием на газо-нефтяном месторождении Северные Бузачи (Казахстан) // Вестник МГУ, сер.

почвоведение, 2006, (сдана в печать) 8.Тыныбаева Т.Г., Костина Н.В., Терехов А.М., Кураков А.В.

Микробиологическая активность и токсичность нефтезагрязненных соровых солончаков и грунтов площадок с оборудованием месторождении Северные Бузачи (Казахстан). Почвоведение, 2006, (сдана в печать)

 


Похожие работы:





 
2013 www.netess.ru - «Бесплатная библиотека авторефератов кандидатских и докторских диссертаций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.