В связи синтенсивным развитием нефтегазового комплекса участились аварии, ведущие кпопаданию вокружающую среду нефти инефтепродуктов. При попадании нефти впочву легкие углеводороды испаряются, более тяжелые сорбируются почвами. Считается, что нефть имеет биогенное происхождение, т.к. существует генетическая связь между нефтью иорганическим веществом осадочных пород. Вероятно, вследствие этого попадание нефти впочву не является абсолютным злом. Известно, что при малых уровнях нефтезагрязнения почвы способны ксамовосстановлению инефть даже оказывает стимулирующий эффект на рост растений. Всвязи сэтим важно определить, какое содержание нефтезагрязнения впочве следует считать предельно допустимым. Особенно это важно для оценки качества проведенных восстановительных работ по очистке территорий от нефтезагрязнений. Установление единых допустимых остаточных концентраций нефти впочвах (ДОСНП) невозможно, т.к. эта величина зависит от многих факторов: климато-географических условий, ландшафта, типа почв идр. Автор работы [5], например, считает, что целесообразно нормировать нефтезагрязнение по реакции самой почвы на него. По-видимому, предельно допустимым содержанием нефти впочве должно являться такое ее количество, при котором почвы сохраняют способность ксамовосстановлению. Важным остается вопрос, по каким критериям необходимо оценивать способность почв ксамовосстановлению? Некоторые авторы полагают, что наиболее оптимальным показателем устойчивости почв кнефтяным загрязнениям является состояние микробных сообществ [1, 5]. При попадании нефти впочву микробное сообщество первоначально испытывает шок, вследствие которого резко снижается его количество. Затем на нефтяном субстрате активизируется углеводородокисляющая микрофлора. Ее численность иактивность зависят от многих факторов: типа почв, уровня нефтезагрязнения, длительности загрязнения, водно-аэрационного режима идр. Зависимости между уровнем нефтезагрязнения иколичеством углеводородокисляющих микроорганизмов, как иобщим количеством почвенной микрофлоры, носят сложный нелинейный характер, следствие чего не удается установить четких корреляций, необходимых для установления ДОСНП. Одним из показателей токсичности нефтезагрязненных почв является ее фитотоксичность. Однако, как показали проведенные ранее нами модельные эксперименты [3], зависимость всхожести семян от количества внесенной впочву нефти имеет четко выраженный нелинейный характер, что также затрудняет установить тот уровень загрязнения, при котором почвы еще сохраняют способность квосстановлению. Кроме того, при больших уровнях загрязнения может наблюдаться высокая всхожесть семян при низкой выживаемости проростков.
Таким образом, по одному или даже нескольким показателям биологической активности почв, активности микробоценоза, почвенных энзимов, физиологическим характеристикам растений сложно определить ДОСНП, т.к. отсутствуют прямые или обратные корреляции между уровнем нефтезагрязнения иизучаемым показателем. Нелинейный характер перечисленных зависимостей свидетельствует об адаптивной природе происходящих впочве изменений под влиянием усиливающегося стресс-фактора– нефтезагрязнения. Для определения ДОСНП, по-видимому, необходимо рассмотреть некие интегральные характеристики почвенных или почвенно-растительных систем, отражающих механизм перестройки системы вответ на увеличение нефтезагрязнения. Такой интегральной характеристикой, по-видимому, может служить изменение адаптивного потенциала почвенно-растительной системы на усиление нефтезагрязнения.
Для изучения адаптивного потенциала почвенно-растительной системы вусловиях нефтезагрязнения нами были проведены камеральные эксперименты [4], вкоторых внефтезагрязненную мерзлотную дерново-луговую почву высевались семена диких растений: полыни чернобыльник иклоповника безлепестного. Количество внесенной впочву нефти варьировали от 0,06 до 1,22 %. Входе эксперимента определяли следующие физиологические характеристики растений: энергию прорастания (на 7-е сутки), всхожесть (на 10-е сутки) семян, выживаемость проростков (на 60-е сутки, окончание эксперимента). Зависимости физиологических характеристик растений от количества внесенной впочву нефти носили сложный нелинейный характер. Поскольку для оценки процессов адаптации важны не столько абсолютные значения физиологических характеристик, но иих соотношения, мы ввели показатель– коэффициент выживаемости (отношение выживаемости проростков ких всхожести). Как видно из рисунка, для обоих видов растений зависимости коэффициента выживаемости от количества добавленной нефти имеют бимодальный характер стрендом кснижению. Каждая из двух областей максимумов на этих кривых ответственна, по-видимому, за ту или иную стратегию выживания растений.
Зависимости коэффициента выживаемости растений иинтенсивности накопления нефтезагрязнения от количества внесенной впочву нефти
При внесении небольших количеств нефти впочву до 0,16 % для клоповника и0,25 % для полыни (область первого максимума) коэффициент выживаемости близок или даже выше аналогичного показателя для растений, произрастающих вчистой почве. Вероятно, на данном этапе адаптации включаются антиоксидантные иДНК-репарационные системы защиты, повышающие адаптивный потенциал растений [2, 4].
В области второго максимума, где количество добавленной нефти выше, коэффициент выживаемости хоть ивозрастает после минимума, но не достигает величин первого максимума. Для адаптации (выживания популяции) вданных условиях урастений, по-видимому, включается следующий механизм «обороны», связанный сзапуском апоптоза иускоренного клеточного деления, приводящий кзначительному истощению энергетических ифункциональных ресурсов растительного организма [2, 4].
Дальнейшее увеличение количества добавленной нефти (0,82 % ивыше) приводит ктому, что, несмотря на усилия популяции растений адаптироваться втоксичной среде путем увеличения энергии прорастания ивсхожести (см. рис.), большинство проростков оказываются нежизнеспособными. Вероятно, на данном этапе включается механизм SOS-репараций [2, 4].
Хлороформенный экстракт почвенных проб характеризует битуминозную составляющую органического вещества почв. Введем показатель интенсивности накопления нефтезагрязнения как отношение прироста нефтезагрязнения кприросту добавленной нефти. Зависимости интенсивности накопления нефтезагрязнения от количества добавленной нефти представлены на рисунке и, как видно, носят полимодальный характер. Первый максимум на кривой интенсивности накопления нефтезагрязнения вслучае произрастания полыни отмечается при добавке нефти 0,32 %, что соответствует остаточному загрязнению почвы вконце эксперимента 0,12 %, вслучае произрастания клоповника– добавка нефти 0,25 % иостаточное загрязнение– 0,08 %. Следует подчеркнуть, что при этих же добавках нефти, как отмечалось выше, наблюдалось увеличение коэффициента выживаемости соответствующих растений после минимума.
То есть, по-видимому, реализуемая растениями стратегия адаптации при меньших количествах внесенной нефти, заключающаяся втрансформации нефти почвенными ферментами микробиологического ирастительного происхождения, вактивации антиоксидантных иДНК-репарационных систем [2, 4], оказалась по мере роста нефтезагрязнения неэффективной, иначала реализовываться следующая стратегия адаптации, заключающаяся вактивации апоптоза иинтенсификации клеточного деления.
Результаты по изучению группового компонентного состава битумоидов показали, что по мере увеличения количества внесенной нефти вих составе растет доля углеводородных фракций, аасфальтово-смолистых компонентов– падает. Вероятно, это связано стем, что ферменты почвенно-растительной системы, включая ризосферу, перестают справляться странсформацией нефтяных углеводородов, исостав битумоидов становится близким котбензиненной нефти. Высокая доля углеводородных фракций вбитумоидах отмечалась вслучае произрастания обоих видов растений при добавках нефти 0,25 % ивыше.
Таким образом, согласно физиологическим характеристикам растений игеохимическим показателям почв за предельно допустимое остаточное содержание нефти впочве можно принять 0,12 % вслучае произрастания полыни чернобыльник и0,08 %– клоповника безлепестного или всреднем 1г/кг почвы. При этих содержаниях нефти впочвах растения еще сохраняют довольно высокий адаптивный потенциал. Свыше этих концентраций адаптивный потенциал растений быстро снижается, наблюдается накопление нефтезагрязнения, почвенный битумоид приобретает нефтяной характер.
Согласно вышеизложенному, вкачестве критериев для оценки ДОСНП можно рекомендовать такие интегральные показатели, как коэффициент выживаемости растений, отражающий изменения адаптивного потенциала почвенно-растительной системы, коэффициент накопления нефтезагрязнения, игеохимические характеристики почвенных битумоидов.