Дипломна робота
На тему:
Використання олійних рослин для оцінки токсичності нафтозабрудненого ґрунту
ЗМІСТ
ВСТУП
1.ОГЛЯД ЛІТЕРАТУРИ
1.1 Проблема нафтового забруднення ґрунту
1.2 Якість ґрунту як складова стійкості екосистеми
1.3 Оцінка якості ґрунту за допомогою тест-систем
2. ОБ’ЄКТИ, МЕТОДИ ТА УМОВИ ПРОВЕДЕННЯ ДОСЛІДЖЕНЬ
2.1 Об’єкт дослідження та його характеристика
2.2 Підготовка матеріалу для дослідження
2.3 Методи досліджень
2.3.1 Визначення фітотоксичності ґрунту
2.3.2 Визначення тест-показників льону звичайного
2.4 Статистично-математичне опрацювання результатів
3. РЕЗУЛЬТАТИ ДОСЛІДЖЕНЬ ТА ЇХ ОБГОВОРЕННЯ
3.1 Залежність процесу проростання насіння льону звичайного (Linum usitatissimum L.) від концентрації нафти у ґрунті
3.2 Морфометричні параметри проростків Linum usitatissimum L. як тест-реакції на дію нафтового забруднення ґрунту
ВИСНОВКИ
ЛІТЕРАТУРА
ВСТУП
Інформація про стан довкілля отримується за допомогою численних методів контролю, спостереження та оцінки. Об’єктивна та своєчасна інформація формує правильне розуміння проблеми та є основою для прийняття ефективних управлінських рішень щодо покращення стану довкілля. Екологічний моніторинг має на меті збір, оброблення, збереження та аналіз інформації про стан навколишнього природного середовища, прогнозування його змін та розробки науково обґрунтованих рекомендацій для збереження чи покращення стану довкілля (Еколог. право України, 2008).
Одним із видів забруднення, що чинить тривалий стресовий вплив на екосистему, є нафта. Забруднення ґрунтів нафтою спричиняє як деградацію земель, так і створює небезпеку проникнення полютантів у живильні ланцюги, однією з ланок яких є людина. Нафтопродукти завдяки високій адсорбуючій здатності ґрунту довгий час зберігаються в ньому, змінюючи його фізико-хімічні та біологічні властивості. Природне відновлення ґрунтових екосистем, забруднених нафтою – довготривалий і складний процес (Оборин та ін., 1987).
Для оптимізації даного процесу необхідне ведення моніторингу нафтогазового комплексу та супутнього забруднення ґрунтів. Важливою складовою екологічно моніторингу є біомоніторинг, який використовує методи біоіндикації та біотестуванння (Самсонов та ін., 2005). Ці методи виступають доповнювальними при проведенні фізико-хімічного аналізу. Оскільки детальний хімічний аналіз нафти та її вмісту в забрудненому ґрунті може надати докладну інформацію про загальну концентрацію полютанта, проте потенційні впливи на екосистеми не можуть бути передбачені, використовуючи тільки дані концентрації. Тому необхідні дослідження через серію біотестів (Cornelis et al., 2001).
Ряд наслідків, що випливають з первісного хімічного забруднення, призводять до того, що стандартні хімічні методи аналізу є недостатніми, щоб повністю оцінити вплив на навколишнє середовище. Обмеженість хімічних методів аналізу полягає у не врахуванні синергізму забруднювачів, абсорбцію ґрунтовими колоїдами та взаємодію із гуміновими кислотами. (Baker,1970; Wang, 1990). У біотестах відображається інтеграція цих ефектів, і тому їх застосування рекомендується для оцінки екологічного ризику забрудненого ґрунту (Keddy, 1995). Крім того, використання таких біологічних методів тестування рекомендується для оцінки ефективності процесів ремедіації грунту. У біотестуванні основним параметром оцінки забруднення виступає не концентрація полютанта, а реакція та відповідь живого організму. Цей метод дозволяє оцінити забруднення по відношенню до біотичних компонентів екосистеми. Біотести наочно продемонстрували, що хімічного аналізу не достатньо для екологічної оцінки забрудненого грунту, особливо, при прогнозуванні впливу складних сумішей сполук, наприклад, таких як нафта (Banks, 2005).
Рослини можна вважати найбільш зручними об’єктами для біомоніторингу ґрунтів. Простота обліку ефектів та інтерпретації результатів, їх чутливість і відтворюваність робить доцільним застосування рослинних тест-систем для діагностування та оцінки токсичності нафтозабруднених ґрунтів.Тому, враховуючи вищесказане, ми працювали над розробкою експрес-методу оцінки токсичності нафтозабрудненого ґрунту за допомогою рослин. Як тест-об’єкт використовували льон звичайний (Linum usitatissimum L.).
Мета роботи – встановлення закономірності „доза-ефект” між концентрацією нафти у ґрунті та чутливими тест-реакціями проростків льону звичайного (Linum usitatissimum L.) для фітооцінки токсичності нафтозабруднених ґрунтів.
Для досягнення мети були поставлені конкретні завдання:
· оцінити фітотоксичність ґрунту, забрудненого різною кількістю нафти за допомогою найбільш чутливих тест-реакцій рослин льону звичайного: енергії проростання, схожості насіння та морфометричних характеристик проростків;
· з’ясувати закономірність відношення „доза-ефект” між концентрацією нафти у ґрунті та чутливими тест-показниками L. usitatissimum;
· зробити висновки про доцільність використання даних параметрів для оцінки фітотоксичності нафтозабрудненого ґрунту.
1. ОГЛЯД ЛІТЕРАТУРИ
1.1 Проблема нафтового забруднення ґрунту
У межах Карпатського регіону видобувається значна кількість нафти і газу. Бориславське нафтове родовище, що у Львівській області України, – один з найстаріших нафтопромислових центрів світу. У м. Бориславі та його околицях унаслідок довготривалого нафтовидобутку значна частка природних угруповань зазнала дегресивних змін (Цайтлер, 2000). Нафтові родовища міста Борислава розглядаються як об’єкти підвищеного ризику розвитку екологічного лиха.
Серед компонентів наземних екосистем насамперед забруднені нафтою ґрунти, що опосередковано впливає на ґрунтову мікрофлору, рослинний і тваринний світ. На забруднених нафтою територіях формується специфічний мікроклімат, зумовлений мікрорельєфом, складом субстрату, порушеним водним та зміненим температурним режимами, з’являється специфічний запах. Чорне забарвлення нафтозабруднених ґрунтів призводить до надмірного поглинання сонячної радіації (Андресон та ін., 1980 ).
Нафтові виливи утворюють на поверхні ґрунту щільну, в’язку бітумінозну кірку. Забруднення нафтою ґрунтів зумовлює зміни їх фізико-хімічних властивостей. Так, склеювання структурних частинок ґрунту нафтою призводить до значного зростання в’язкості і щільності ґрунтової маси, що погіршує його повітряно-водний режим. Ґрунти, просочені нафтопродуктами, втрачають здатність вбирати і затримувати вологу. У таких ґрунтах створюються анаеробні умови, змінюється окисно-відновний потенціал. Порушується вуглецево-азотний баланс ґрунту: різко зростає співвідношення між вуглецем і азотом за рахунок вуглецю нафти, знижується нітрифікаційна здатність, зменшується вміст нітратного азоту, вільного фосфору, обмінного калію, змінюється вміст поглинутих основ кальцію і магнію. Це погіршує азотний режим ґрунту і порушує кореневе живлення рослин (Оборини и др., 1987).
Основними механізмами деградації ґрунту при забрудненні нафтою є:
· безпосереднє пригнічення біологічних процесів токсичними компонентами;
· зменшення вологоємності ґрунту й заблокування поживних речовин внаслідок гідрофобізації поверхні важкими вуглеводнями;
· диспергація ґрунту одновалентними катіонами супутніх солей.(Мірошниченко, 2005).
Значне нафтове забруднення ґрунту, що виникає при аварійних викидах, супроводжується гострою токсичною дією нафти на живі організми. У високих концентраціях нафта чинить сильну токсичну дію на всю ґрунтову біоту, однак, період токсичності є порівняно недовготривалим. З часом гострота токсичної дії нафти помітно знижується, а довготривале зниження біологічної продуктивності нафтозабруднених ґрунтів, очевидно, пов’язане із зміною важливих властивостей ґрунтів (Никифорова и др., 1987).
Полікомпонентність нафт та мінливість їх складу обумовлює різнобічність негативної дії на ґрунти (Мірошниченко, 2005). Метанові вуглеводні (алкани) легкої фракції чинять наркотичну та токсичну дію на живі організми, зокрема, на нервову систему, викликаючи її нестійкість. Ці вуглеводні розчинні у воді, тому легко проникають у клітини організмів через мембрани. Парафін не токсичний для живих організмів, бо внаслідок високих температур застигання та розчинності в умовах земної поверхні він переходить у твердий стан, позбавляючи нафту рухомості (Пиковский, 2003;). Навіть невелике підвищення температури різко активує молекулу парафіну, роблячи її здатною до глибоких процесів окиснення
Ароматичні вуглеводні – найбільш токсичні компоненти нафти. У концентрації лише 1% у воді вони вбивають всі водні рослини; нафта, що містить 38% ароматичних вуглеводнів, значно пригнічує ріст вищих рослин. Важкі компоненти (смоли, асфальтени тощо) слабо розкладаються ґрунтовою мікрофлорою і обумовлюють стійкі гідрофобні властивості забрудненого ґрунту. Легкі фракції (насамперед, нормальні і розгалужені алкани з довжиною ланцюга до 12-16 атомів вуглецю) високотоксичні для рослин і ґрунтової фауни, легко мігрують у ґрунті, але доступні до розкладу. Гідрофобні властивості, спричинені цими фракціями, поступово зникають протягом 2-3, максимум 5-річного періоду. (Мірошниченко, 2005).
Спостереження за динамікою фітотоксичності окремих нафтопродуктів виявили суттєву різницю і в самовідновленні родючості ґрунту. За тестового рівня забруднення 10 л/м2 очищення ґрунту від бензину відбувалося за перше півріччя після його надходження, переважно шляхом фізичного випаровування. Час очищення ґрунту від гасу складає близько двох років, провідні механізми – випаровування і біодеградація. Негативна дія мазуту, викликана збільшенням гідрофобності поверхні ґрунтових часточок, триває набагато більше (Мірошниченко, 2005).
Отже, у фітотоксичності нафтового забруднення можна виділити як пряму, так і опосередковану дію. Першу чинять пари легколетючих вуглеводнів у ґрунтовому повітрі, другу – складають погіршення поживного і водно-повітряного режиму та інактивація важливих мікробіологічних процесів (нітрифікація, амоніфікація, целюлозолітична активність) “важкими” компонентами нафти.