Топырақ биотасына мұнайдың әсері

 

Жоспар

 

КІРІСПЕ 
 
1.1 Мұнай өндіретін және мұнай өңдейтін өндіріс орындары-техногенді экожүйелер. 
1.2 Қазақстан республикасында топырақтың мұнаймен ластануының негізгі мәселесі. 
1.3 Топырақ биотасына мұнайлы ластанудың әсері. 
1.4 Топырақтағы мұнай көмірсутектерінің биодеграциясына әсер ететін факторлар 
1.5 Топырақтың микробиологиялық қасиеттеріне мұнаймен ластанудың әсері 
1.6 М ұнаймен ластанған топырақтарды тазартудың қазіргі кездегі жағдайы. 
1.7 Мұнаймен ластанған топырақтарды тазарту үшін өсімдік-фитомелиораттарды қолданудың жетістіктері 
 
Пайдаланылған әдебиеттер тізімі

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Кіріспе

 

  Зерттеуде алдына қойылған ғылыми мәселенің қазіргі кездегі жағдайы, бекітілген тақырытың өзектілігі, мақсаты мен міндеттері, зерттеу нысандары мен зерттеу жүргізудің әдістемелік қамтамасыздандыру негіздері, жоспарланып отырған зерттеулердің ғылыми-техникалық деңгейі, жаңашылдығы, басқа зерттеу нәтижелерімен байланыстары, зерттеуден алынған нәтижелердің практикалық маңызы және диссертациялық жұмыстың құрылысы мен көлемі туралы мәліметтер келтірілген.

 Бірінші тарауда Оңтүстік Қазақстан облысындағы люмбрикофауна қауымдастығының түрлік құрамының таксономиялық құрылысы, облыс көлемінде топырақ типтеріне орай кездесетін жеке түрлердің таралу заңдылықтары, олардың тіршілік ерекшеліктері мен морфометрикалық сипаттамалары қарастырылған.

Жалпы, зерттеулерден алынған  деректерді салыстырмалы түрде зерделей келе, келесідей заңдылықтарды бөліп айтуға болады:

1. Облыс көлемінде таралған топырақ типтерінде кездесетін жауын құрттары қоңдылығы мен морфлогиялық ерекшеліктері бойынша біркелкі емес. Олар ұшырасу жиілігі, құрттардың сыртқы түсі, ұзындығы және салмағы бойынша әртүрлі;
2. Тау бөктерінен жазықтыққа қарай таралатын таулы қоңыр, таулы сұр қоңыр, кәдімгі сұр, ашық сұр, шалғындық сұр, сұр құба және тақырлы топырақты аймақтарда жауын құрттарының морфометрикалық көрсеткіштері өзгереді. Ұшырасу жиілігі 121,0±8 – 8,0±1 данаға, ұзындығы 13,4±1,6 - 5,4±0,57 сантиметрге, салмағы 0,39±0,01 -  0,14±0,01г дейін кемиді;
3. Әр топырақ типінен жиналған жауын құрт популяциясы морфометрикалық көрсеткіштері бойынша ерекшеленетін ересек дернәсілдер топтамаларынан тұрады. Ерекше топтамалардың саны мен  популяция ішіндегі өзара қатынастары топырақ типтерінде бірдей емес. Топтамалар саны таулы қоңыр және таулы сұр қоңыр топырақ типтерінде, басқа топырақтармен салыстырғанда, айтарлықтай жоғары (4-5 топтама). Аталған топтамаларға жататын жеке даралар барлық морфометрикалық көрсеткіштері бойынша бірыңғай.

Қазақстанда таралған жауын құрттары топырақ типтерінде жыл мерзіміне орай өзгеріп отыратын топырақтағы ылғал мөлшеріне және ауа мен топырақтың жоғарғы қабатындағы температураның көрсеткішіне орай топырақтың 10–50 см қабаттарына миграцияланады. Жаз айларында жауын құрттарының 70,0 % -дан астамы 50 см тереңдікте тіршілік етеді. Олардың қоңдылығы мен морфологиялық көрсеткіштері топырақ типтеріне байланысты.

Қазақстанда басты топырақ типтерінде таралған жауын құрттарының анатомиялық және морфологиялық белгілері бойынша сараптама жасалынды. Талдау нәтижесінде бір-бірінен басты белгілері бойынша ажыратылатын алты түрі және олардың өзара сандық қатынасы анықталды. Жауын құрттар қауымдастығы Lumbricidae тұқымдасының төрт туысына жататын төмендегі алты түрден құралғаны анықталды (сурет 1).

 Қазақстан дүние жүзі бойынша мұнай державасы болып саналатын елдердің қатарынды. Мұнай қоры бойынша дүние жүзінде 13-ші орынды иеленсе, ал мұнай шикізатын өндіру көлемі бойынша 18-ші орынды алады. Европа және Азия елдері ішінде Қазақстан Ресей, Ұлыбритания, Норвегиядан кейінгі төртінші орында тұр. Территориямыздың 1 млн 700 мың шаршы шақырымын мұнай және газ қоры алып жатыр. Қазіргі таңда 208-ден астам мұнай газ кен орындары ашылған. Басым көпшілігі Батыс Қазақстан облысы аумағында шоғырланған [1].

Мұнай және мұнай өнімдерін өндіру, өңдеу және тасымалдау жердің топырақ қабатының құнарлығына кері әсерін тигізеді. Құнарлы топырақ мол өнім екені белгілі. Сонымен бірге біздің планетамызда топырақ маңызды басқа да роль атқарады. Жердің топырақ жамылғысында және оның гумустық қабатында тірі организмдердің және олардың биогенді энергиясының негізгі бөлігі орналасқан. Осыдан «топырақ- организмдер» экологиялық жүйесі биосфераның қалыптасуының, тұрақтылығының және өнімділігінің бас механизмінің бірі болып табылады.

Қазақстан Республикасының энергетикалық жоспары алдағы ұзақ уақытта «қара алтынды» өндіру көлемін жоғарылатуды көздейтіні белгілі. Бұл мұнай құбырларының кеңеюі мен мұнай және мұнай өнімдерін тасымалдау мөлшерінің көбеюіне әкеледі.

Сондықтан, жаңа апаттар  мен мұнай және мұнай өнімдерінің төгілу қауіптілігін жоққа шығаруға болмайды.

Топырақ қабаты болып  жатқан процестер мен өзгерістер туралы ақпаратты жинап, қоршаған ортаның  өзіндік индикаторы болып табылады.

Топырақтың антропогендік  деградациялануы негізінен мұнай  өндіретін, тасымалдайтын және өңдейтін аймақтардың мұнай және мұнай өнімдерімен ластануымен байланысты. Мұнай және мұнай өнімдері биосфераны ластайтын заттар ішіндегі негізгілерінің бірі болып табылады.

Мұнай және мұнай өнімдерімен  ластану жаңа экологиялық жағдай тудырады, табиғи биоценоздың терең өзгерісіне және толық трансформациясына әкеледі. Ластанған топырақ жалпы ерекшелігі: топырақ мезо және микрофаунасының түрлік және сандық шектелуі. Топырақтық мезофаунаның жаппай жойылуы: апаттан соң үш күн аралығында топырақ жануарларының көп түрлері өліп, немесе ластанбаған топырақпен салыстырғанда 1% ғана құрайды. Оларға ең улы әсерді мұнайдың жеңіл фракциясы тигізеді [1, 2].

Аз уақыт ингибирленгеннен соң ластану әсеріне жауап  ретінде топырақтың микроорганизмдер кешенінің тез көбеюі мен белсенділігінің артуы байқалады. Ең алғаш көмірсутекті тотықтырғыш бактериялар саны ластанбаған топыраққа қарағанда тез көбейеді. Көмірсутектерді залалсыздандыру процесіне қатысатын «арнайы» топтар пайда болады.

Микроорганизмдердің максимум мәні ферменттер санымен байланысты. Микроорганизмдердің ең көп мәнге жетуі негізінен мұнайдың табиғи деградациялануының екінші сатысында байқалады.

Топырақта мұнай және мұнай өнімдерінің ыдырау барысында  микроорганизмдер саны ластанбаған  топырақтағы микроорганизмдер санына жақындайды. Бірақ көмірсутек тотықтырғыш бактериялар саны көпке дейін үлкен мән көрсетеді.

Экологиялық жағдайдың  өзгерісі өсімдік организмдерінің  фотосинтездеу белсенділігін тежейді. Ең бірінші топырақ балдырларының  өсуіне әсерін тигізеді. Сондай тежегіштердің бірі болып шикі мұнай және минералды сулар болып табылады.

Жоғары өсімдіктердің  фотосинтездеу функциясының өзгерісі, соның ішінде дәнді-дақылдар. Кейбір жұмыстар ластанған топырақта көп  ферменттер белсенділігінің төмендегенін көрсетті. Ластану нәтижесінде каталаза, уреаза, гидролаза, протеаза, нитратредуктаза, ферменттерінің белсенділігі төмендейді. Дегидрогеназа белсенділігі артады.

Топырақ қабатының ластануы оның тұрақты функцияларын бұзады: физико-химиялық қасиетін өзгертеді, биохимиялық процестердің сипаттамасын, микробиотаның белсенділігін төмендетеді. Осыған байланысты топырақтың мұнай және мұнай өнімдерімен ластану өзекті проблемасы қарастырылып, топырақ қабатының жағдайына экологиялық баға беріліп, оны шешу жолы келтіріледі [3].

Мұнай және мұнай өнімдерімен  ластанған топырақтың өзіндік тазару және қайта қалпына келу процестері өте ұзақ, көптеген ғалымдардың айтуы  бойынша шамамен 20-25 жыл уақыт  аралылығында жүзеге асады екен.

Мұнай өнімдерін топырақтан тазартудың әлемдік тәжірибеде қолданылатын әдістері экстракция, физикалық адсорбция, пиролиз, өртеу және т.б әдістер экономикалық және экологиялық жағынан тиімсіз болып келеді.

Сондықтан бұл проблемаға байланысты жүргізілген бірнеше  зерттеулерге қарамастан, аймақтың табиғи жағдайларының ерекшеліктерін есепке ала отырып тазарту әдістерінің тиімді түрін қажет етеді.Қазіргі уақытта тазартудың тиімді тәсілінің бірі көмірсутектерді тотықтырушы микроағзалар көмегімен тазарту болып болып табылады.

Зерттеуіміздің мақсаты  Қаражанбас кен орнының мұнайымен ластанған топырақты көмірсутектерді тотықтырушы микроағзалар көмегімен тазарту.

Қаражанбас кен орны Маңғыстау облысының территорниясында Бузачи түбегінде, шамамен Ақтау  қаласының 200 км қашықтықтағы солтүстік  бөлігінде орналасқан. Кен орны 1974 жылы шамамен 303 метр тереңдікте мұнай кені табылғаннан кейін ашылған болатын Бұл өлке биоклиматтық сипаты бойынша сұр-қоңыр топырақты шөл зонасына жатады.

Зерттеу нысаны Қаражанбас кен орнының мұнайымен ластанған топырағы және көмірсутектерді тотықтырушы микроағзалар. Мұнаймен ластанған топырақтан көмірсутектерді тотықтырушы микроағзаларын бөліп алу культураларды жинақтау тәсілі арқылы орындалды.Энергия және көміртек көзі ретінде Қаражанбас кен орнының шикі мұнайы пайдаланылды. Мұнайдың құрамы 20% тығыздықта 0,949, масс. Күкірт 1,68; смола 21,6; асфальтендер 5,3. Көмірсутекті ингрдиенттер бойынша мұнайдың құрамы,масс.%: парафиндік-71; нафтендік – 15,1: ароматтық-13,9. Мұнайдың салқындау температурасы -20 0 -25 0.

Топырақтағы мұнай және мұнай өнімдерінің мөлшерін анықтау гравиметриялық әдіспен орындалды. Ол үшін мұнайды хлороформмен экстракциялайды, содан кейін хлороформды сығындыдан гексанмен экстракциялайды.

Аналитикалық зерттеулер тың сынамалы топырақтарда жүргізілді. Сынаманы алу уақыты мен лабораторияға түсу уақыты арасы 2-3 күн. Топырақтың биологиялық белсенділігі мен оның өзіндік тазаруын қалдық мұнай және мұнай өнімдерінің болуына, топырақтың ферменттік белсенділігіне, демалу қарқындылығына, микроорганизмдердің маңызды физиологиялық топтарының санына және химиялық құрамына қарап бағалайды.

 

Сурет 1 - Зерттелген жауын құрт  түрлерінің үлестік қатынасы

 

Сонымен, зерттеуде  анықталған жауын құрт түрлерінің Оңтүстік Қазақстан облысындағы топырақ типтерінде таралу қарқыны мен ерекшеліктері бойынша Аp. с. caliginosus, Аp. с. trapezoidеs және E. foetida космополиттік түрлер болып табылды. Оның соңғысы, алдыңғы екі түрмен салыстырғанда, аридтік климаттық аймақтардағы топырақтарда кеңінен кездеседі. Аp. roseus түрі тау бөктеріндегі құнарлы топырақта молырақ ұшырасып, жазықтықтағы аридтік топырақ типтеріндегі жауын құрт қауымдастықтарында орташа үлеске ие. Ал, D. veneta және  А. leoni Оңтүстік Қазақстан облысының қоңыржай климаттық жағдайы мен құнары мол таулы қоңыр және таулы сұр топырақтарда тіршілік етуге бейімделген эндемикалық түрлер болып саналады.

Екінші тарауда топырақтың мұнай және мұнай өнімдерімен ластануының вермикультураларға әсерін зерттеу нәтижелері қарастырылған.

Зертханалық моделді тәжірибелерде және «ПКОП» ЖШС-нің өндірістік жағдайында (сурет 2) мұнай және дизельді отынның жауын құрттарының тіршілігіне әсерін салыстырмалы түрде зерттеу L. rubellus түрінің  Ap. с. caliginosus түріне қарағанда төзімді екенін көрсетті.

 

 Сурет 2 - «ПКОП» ЖШС-ның өндіріс аумағы мұнай және мұнай өнімдерінің төгілімдері ұшырасатын жер телімдері

Мұнайдың 5,0 % шоғыры Ap. с. caliginosus түріне жататын жауын құрттарының тіршілігімен сиыспайтын ластану дәреже болып табылды. Мұнайдың 7,0-8,0 %  шоғырларында тиесілі 30,7±2,2% - 77,6±5,3%  құрттардың тіршілігі жойылды, ал 10,0 % шоғыры L. rubellus құрты үшін де сиыспайтын жағдай болып анықталды (сурет 3).

 

Сурет 3 - Мұнайдың түрлі шоғырларының Ap. с. caliginosus және L. rubellus құрттарының тіршілік әрекеттеріне әсері

 

Дизельді  оттынның 2,0 % шоғыры жауын құртының тіршілігін күрт тежейді, ал 0,1 %-дан бастап жауын құрттарының морфометрикалық көрсеткішіне кері әсер етеді.

Мұнай өнімдерінің  жеңіл фракциялары аталған жауын құрт түрлері үшін өте улы болып табылды.   Жауын құрт тіршіліктерінің жойылуы тәуліктер емес, шамалы сағаттар мен мезеттер аралығында тіркелді. АИ-80, АИ-85, АИ-92, АИ-96 бензин маркаларының улылық әсері 0,001 % шоғырынан бастап көрінді. 0,002 % шоғырындағы тіршілігі жойылған L. rubellus жауын құрттарының үлесі тиесілі 55,6±2,9., 68,3±4,4., 72,2±5,2 және 86,7±6,8 % құраса, бұл көрсеткіш Ap. с. caliginosus түрінде 55,6±4,8., 88,3±6,4., 92,2±7,3 және 96,7±8,7 %  шамасында болды. 

Сонымен, зерттелген мұнай және мұнай өнімдерінің  жауын құрттары үшін улылық әсерінің өсу бағыты бойынша келесі реттікте орналасты: мазут → шикі мұнай → дизельдік отын → авиациялық отын → толуол → бензол → ксилол → бензин маркалары. Топырақ құрамында құмкөл мұнайының жоғары болуына L. rubellus жауын құрты төзімділік көрсетті.

Мұнай өнімдерінің шоғырлық көрсеткіштерінің улылық әсеріне жауын құртының реакциялық жауабы зерттеу нәтижелері негізінде топырақтың ластану дәрежесін анықтауда биотестік экспресс әдісі түзілді. Бұл әдіс дөңгелек радиальді бағытта бөлінген арнайы құрылғыда жауын құртының реакциялары арқылы мұнай өнімдерінің 0,001- 4,0% шоғырын анықтауға мүмкіндік береді. 4 – суретте көрсетілгендей, экспресс биотестілеу әдісі ылғалдығы 30-32% мұнаймен ластанған топырақ салынған радиалді шеңберде екі кезеңде іске асырылады. Бірінші кезеңде таза немесе мұнай шоғыры өте аз топырақ сынамалары анықталады, ал екінші кезеңде жауын құрттарының ерекше реакциялық белгілері арқылы топырақтағы мұнай шоғырының саны мен сапалық көрсеткіштері анықталады.

 

Сурет 4 - Экспресс биотестілеу әдісінің сызба нұсқасы

 

Үшінші тарауда жауын құрттарның техногенді ластанған топырақтағы мұнай мен ауыр металл иондарының азаюына әсері қарастырылған.

Топырақтағы мұнай мөлшерін азайту жауын құртының қоректену үрдісімен байланысты. Жауын құртының ас қорыту жүйесіндегі  микроағзалардың түрлік құрамының 85,3 % - ы мұнай ыдыратқыш микроағзалардан құралған (сурет 5), оның 74,6% - ы микромицид (Fusarium chlamydosporum, Aspergillus niger, Penісillium chrusogenum, Mucor circinelloides және Gymnoascus dankaliensis)   үлесіне тиесілі.

 

Сурет 5 – L. rubellus жауын құрттың ас қорыту жүйесінен бөлініп алынған микроағзалар қауымдастығының құрылысы

Мұнаймен ластанған топырақты биорекультивациялау технологиясына, вермикультуралық тізбекті ендірген кезде мұнай шоғырының вермикультура пайдаланылған технологияның нәтижесі 2,92 % -дан - 3,29 %-ға дейін артық төмендейтіні анықталды. Тәжірибеге дейін жүргізілген химиялық сараптамада топырақтың құрамындағы мұнай келесі көрсеткішті көрсетті: полициклонафтендік қосылыстар (R₁=1-3СН; R₂=С₃Н₇ – С₁₂Н₂₅) - 41,11%, алифаттық тізбекті қосылыстар &_s (СН₃)-12,3%, моноциклоараматты қосылыстар (R₁=1-2 СН₃, R₂=С₃Н₇ – С₁₂Н₂₅)-21,4%, бициклоароматты қосылыстар (R₁=1-2 СН₃, R₂ С₃Н₇)-11,12%, асфальтендер (R₁=0-1 СН₃, R₂)-9,36%, толуолды шайырлар - 4,71%. Ал, тәжірибеден кейінгі химиялық сараптамада тек полициклонафтендік қосылыстар-13,14% - да тіркелді.