Третья планета от Солнца

В результате освоения новых и эксплуатации уже действующих нефтяных месторождений состояние окружающей среды претерпевают значительные изменения. Вследствие аварийного загрязнения на месторождениях нефти в окружающею среду поступает большое количество нефти и нефтепродуктов, а также химреагентов, используемых при добычи нефти.

Проблемы экологии почвообитающих беспозвоночных в антропогенных экосистемах, исследование механизмов их функционирования является предметом обсуждения экологов и зоологов. Вместе с тем, роль отдельных групп животных и структура их комплексов в условиях антропогенной нагрузки на экосистемы изучена недостаточно.

Биоиндикационные методы оценки состояния природной среды широко используются в современных экологических исследованиях. Одной из многочисленных и представленных во всех биогеоценозах групп почвообитающих животных – биоиндикаторов являются дождевые черви. Актуальность изучения роли дождевых червей как биоиндикаторов территорий, загрязненных нефтью и нефтепродуктами, определяется в первую очередь тем, что эти факторы вызывают ответную реакцию животных. Данные реакции зависят не только от длительности загрязнения, но и от дозы загрязнителя. Поэтому главной целью нашей работы было выявить влияние нефтяных загрязнений почвы на рост и развитие дождевых червей.

Глава 1. Литературный обзор

Бурный рост добычи нефти сопровождается разрушением и загрязнением не только территорий отведенных нефтяникам, но и рядом расположенных сельскохозяйственных и лесных угодий, по которым проходят многочисленные подземные коммуникации и разбросаны различные нефтепромысловые объекты. Несмотря на большое разнообразие источников и причин техногенного воздействия на почвенный покров можно выделить следующие основные типы нарушенных почв: замазученные, скрытозамазученные, засоленные, почвы смешанного типа загрязнения и перерытые [Гилязов, Гайсин, 1997].

Загрязнение почвы нефтью и нефтепродуктами, являющееся одним из наиболее распространённых загрязнителей окружающей среды антропогенного происхождения, в настоящее время изучено недостаточно. В процессе нефтедобычи на месторождениях, а также при транспортировке нефти неизбежно происходят разливы нефти, ведущие к нарушению экологического равновесия и приносящие несомненный урон природным экосистемам

Термином “замазученные” обозначают почвы, загрязненные самой нефтью или нефтепродуктами. Загрязнение почв происходит при аварийных порывах трубопроводов, поломках различного оборудования в процессе добычи, сбора, подготовки и транспортировки нефти. Утрата плодородия замазученных почв связана как с токсичностью отдельных компонентов входящих в состав нефти, так и ухудшением агрофизических, агрохимических и биологических свойств вследствие гидрофобизации замазученных почв. Токсическое действие оказывают практически все фракции нефти, но к наиболее токсичным следует отнести ароматические углеводороды. Нефть, содержащая 38% ароматических углеводородов, значительно угнетает рост высших растений. С увеличением содержания ароматических соединений увеличивается их гербицидная активность. Малоядерные углеводороды – бензол и его гомологи – оказывают более быстрое токсическое воздействие на организмы, чем полициклические ароматические углеводороды. Последние медленнее проникают через мембраны и действуют более длительное время, являясь хроническими токсикантами. Следует также назвать асфальтено-смолистую фракцию, которая содержит основную часть микроэлементов нефти, в том числе все металлы, многие из которых оказывают токсическое воздействие на биоценозы. К ним относят ванадий, никель, кобальт, молибден, медь, свинец, ртуть, мышьяк, уран. А поскольку, входящие в состав этой фракции соединения вязкие (смолы) или твердые (асфальтены), то они также способны в значительной степени изменять водно-физические свойства почв. Если нефть просачивается сверху, то ее асфальтено-смолистые компоненты сорбируются в основном в верхнем гумусовом горизонте, иногда прочно цементируя его. При этом уменьшается поровое пространство почв. Асфальтено-смолистые компоненты гидрофобны. Обволакивая корни растений, они резко ухудшают поступление к ним влаги, что влечет за собой их гибель [Солнцева, Пиковский, 1980].

Токсичность углеводородов обратно пропорциональна их растворимости в воде или температуре кипения независимо от того, к какому классу соединений они относятся.

Легкие фракции нефти – алканы – обладают высокой миграционной способностью и легко проникают сквозь почвенный профиль в грунтовые воды. Они токсичны как для растений, так и для животных.

Фитотоксичность нефтезагрязненных почв зависит от механического состава почв и содержания в них органического вещества. При одинаковой концентрации нефти (в % к сухой почве) угнетающее действие в большей степени проявляется на лишенных гумуса суглинистых и песчаных субстратах, в наименьшей – на торфе. Предельно допустимые концентрации свежей нефти в песчаном субстрате для всходов древесных пород лежат в пределах 1 %. При добавлении в загрязненный нефтью песок торфа (1:1) всхожесть семян ели и сосны повышается на 70 %, а сохранность проростков увеличивается в 1,2 – 1,5 раза. Деревья разных пород проявляют различную устойчивость к нефтяному загрязнению. Хвойные в целом менее устойчивы, чем лиственные.

Деградация лесных фитоценозов происходит как от прямого воздействия нефти на органы растений, так и от косвенного ее влияния на почвенные условия: резкое увеличение гидрофобности песчаных почв, усугубление анаэробных условий в суглинистых и торфяных почвах. Нефть, обладая контактным гербицидным действием, повреждает те части растения, которые замазучены. Отмирание многолетников происходит после загрязнения корневищ, от которых они ежегодно возобновляются. Сохранность живого напочвенного покрова определяется глубиной проникновения нефти и глубиной размещения в почве органов вегетативного размножения растений. С увеличением загрязнения почвы нефтью снижается количество благонадежного подроста и текущий прирост его в высоту.

Не все фитоценозы, загрязненные нефтью обречены на гибель. При слабом загрязнении почвы способны самоочищаться, а фитоценозы самовосстанавливаться .

Нефть и нефтепродукты, попавшие в почву, подвергаются интенсивному воздействию внешних агентов, способствующих их выветриванию, трансформации. В числе наиболее активных агентов можно назвать солнечную радиацию, режимы температуры и влажности, минеральный состав почв и активность биологических (особенно микробиологических) процессов

Условия, скорость самоочищения и опасность загрязнения окружающей среды в разных почвенно-климатических условиях различны. Для полной естественной переработки нефтяных компонентов в условиях средней тайги требуется не менее 10-20 лет, о чем говорят исследования старых нефтяных загрязнений почвы.

Общая токсичность нефти, как правильно, не высока. В тоже время, отдельные компоненты нефти и продуктов ее биоразложения, преимущественно, полиароматические и полициклические соединения, отличаются мутагенностью, канцерогенными свойствами и тератогенностью. А последствия их воздействия на живые организмы, в том числе и на человека, могут проявляться через многие годы и в последующих поколениях. Проявления этого воздействия весьма многообразны и могут выражаться в снижение иммунитета, развитии аллергии и раковых опухолей, повышении частоты появления врожденных уродств и т. п. Наибольшую опасность при этом представляют генетически нарушения.

Отдаленные последствия реализуются в форме иммунодепрессивного, мутагенного и других специфических эффектов. Мутации могут приводить к появлению морфологических и функциональных нарушений, снижающих выживаемость или способность адоптироваться к условиям среды.

Таким образом, нефтяное загрязнение надолго создает угрозу здоровью флоре и фауне, включая и население региона.

Проблемы экологии почвообитающих беспозвоночных в антропогенных экосистемах, исследование механизмов их функционирования является предметом обсуждения экологов и зоологов. Вместе с тем, роль отдельных групп животных и структура их комплексов в условиях антропогенной нагрузки на экосистемы изучена недостаточно. Биоиндикационные методы оценки состояния природной среды широко используются в современных экологических исследованиях. Одной из многочисленных групп почвообитающих животных – биоиндикаторов являются дождевые черви. Они перемещаются по почвенному профилю, а также пропускают через себя большое количество почвы.

Дождевые черви – беспозвоночные животные, относящиеся к типу кольчатых червей Annelidae, подтипу поясковых Clitellata; они являются важной частью почвенной составляющей и встречаются по всему миру. Обычный дождевой червь «ночной выползок» (Lumbricus terrestries) и навозный червь (Eisenia fetida) являются, наверное, самыми известными видами дождевых червей. Все другие виды дождевых червей биологически схожи с ними, за исключением отдельных признаков. Мелкие дождевые черви достигают в длину 1-2 см, в то время как для гигантского червя Megascolices australis (Австралия) зафиксирована длина до 3-х метров при диаметре в 2,5см.

Под названием «дождевые черви» в русском языке или «земляные черви» в немецком (Regenwürmer) и английском (Еarthworm) языках объединены семейства крупных почвенных олигохет, относящихся к классу Малощетинковые. В строгом смысле слова эта группа не представляет собой таксономической единицы, а выделена на основании особенностей экологии и некоторых морфофизиологических свойств включенных в нее семейств.

Крупные почвенные беспозвоночные играют значительную роль в регуляции почвенных процессов, однако среди них дождевые черви являются наиболее важными в поддержании почвенного плодородия и эффективном круговороте питательных элементов.

Гумус является продуктом биологического воздействия на органическое вещество микроорганизмов и дождевых червей. Дождевые черви создают основной компонент почвенной системы, и эти кажущиеся нам столь незначительными создания – настоящие оптимисты, которые молча «пашут» землю в течение миллионов лет и участвуют, главным образом, в восстановлении и образовании плодородного слоя почвы, что способствует эффективному росту растений. Таким образом, дождевые черви представляют собой ключевой компонент биологической стратегии круговорота питательных веществ в почве, а структура их сообществ служит точным показателем типа почвенной системы.

Они перемещаются по почвенному профилю, а также пропускают через себя большое количество почвы. По состоянию, количеству дождевых червей можно судить о степени загрязнения почв, в том числе загрязнение сырой нефтью и нефтепродуктами. Актуальность изучения роли дождевых червей как биоиндикаторов территорий, определяется в первую очередь тем, что эти факторы вызывают ответную реакцию животных. Данные реакции зависят не только от длительности загрязнения, но и от дозы загрязнителя.

Глава 2. Основная часть

2. 1. Методика исследования

В каждую пробу было помещено по 5 дождевых червей, которых предварительно взвесили.

Каждые 2-3 дня производилось взвешивание червей, результаты вносились в таблицу. В стаканчики с пробой еженедельно в одинаковом количестве добавляли корм (чайные листья, овсяные хлопья) и для поддержания влажности подливали воду.

2. 2. Результаты и обсуждения

В пробы с нефтью предварительно взвесив запустили дождевых червей, последующие каждые 2-3 дня производилось повторное взвешивание, результаты заносили в таблицу.

По результатам взвешивания дождевых червей на второй день наблюдений видно, что в контрольной, 1-й и 2-й пробах вес червей растет одинаково, а начиная с 3-ей пробы наблюдается значительное отставание. На четвертый день наблюдений в контрольной пробе наблюдается повышение веса дождевых червей, а в остальных снижение веса. На седьмой день наблюдений в пробах № 1-7 наблюдалось повышение веса, а в контрольной, 8-10 пробах вес червей снижался. На девятый день наблюдений в всех пробах кроме 8-ой вес червей увеличился, но в 1-2-й пробах черви быстрее набирали в весе чем в контрольной пробе.

На одиннадцатый день наблюдений дождевые черви в контрольной пробе быстрее набирают вес, чем в остальных пробах, такой рост продолжался до прекращения работы. Также на одиннадцатый день начали набирать вес черви в пробах № 8 и № 9.

В десятой пробе вес червей в первую неделю значительно упал и на протяжении всей работы существенного изменения не произошло. Черви очень слабые и очень легко рвутся, скорее всего это связано с тем, что нефть при попадании на покровы червей, приводит к частичному разрушению тканей.

По прошествии двух недель после начала исследовательской работы в пробах с содержанием нефти до 0,7 % наблюдались яйца, отложенные червями, это говорит о том, что в почве с небольшим содержанием нефти черви способны размножаться.

1. Нефтяное загрязнение почвы негативно отражается на росте и развитии дождевых червей

2. В восьмой и девятой пробе черви в первые две недели теряли в весе, а потом начали набирать вес. Это может быть связано с тем, что черви пропустили через себя всю загрязненную почву и тем самым очистили ее или они адаптировались к окружающей среде.

3. В пробах, где содержание нефти более 1 % черви стали терять в весе и легко поддаются разрыву, это связано с атрофированием мускулатуры червей под действием нефти на кожные покровы.

4. В почвах с небольшим содержанием нефти (не более 0,8 %), черви способны размножаться. В пробах с сильным загрязнением почвы возможность к размножению теряется.