Учебное пособие для студентов естественных специальностей Павлодар (075. 8) Ббк 28. 080. 3 Я73 Б81

им. С. Торайгырова

Бондаренко А.П., Базарбеков К.У.


Восстановление экосистем нарушенных нефтепродуктами
Учебное пособие для студентов естественных специальностей

Павлодар
УДК 550.47 (075.8)

ББК 28.080.3 Я73

Б81

Восстановление экосистем нарушенных нефтепродуктами:

учебное пособие. — Павлодар, 2006. — 195 с.
Процесс восстановления нарушенных экосистем происходит в определенном ландшафте, на который негативное воздействие было оказано конкретным видом нефти или продуктом ее переработки. При этом мы должны учитывать изменения, происходящие с элементами экосистем, чтобы последовательно воздействовать на ключевые участки процесса.

УДК 550.47 (075.8)

ББК 28.080.3 Я73

ÓБондаренко А.П., Базарбеков К.У. 2006

ÓПавлодарский государственный университет им С. Торайгырова, 2006

Введение

Казахстан – одна из ведущих стран мира по запасам нефти и газа и их добыче. Нефтедобыча занимает лидирующее место в экономике республики, все более определяя ее характер и направление развития. На долю нефтедобывающей промышленности уже сейчас приходится более 40% объемов промышленного производства и экспорта. В 2000 году в республике было добыто около 35 млн. тонн нефти и газоконденсата. По экспертным оценкам потери нефти составляют примерно 3% от ее годовой добычи, в Казахстане, как считают некоторые авторы, утечки при добыче и транспортировке составляют 7- 9%. Нефтесодержащие отходы, в зависимости от процесса образования, являются промышленными отходами II-III класса токсичности и основными источниками поступления в окружающую среду широкого спектра углеводородов: жидких, твердых, газообразных. Нефть и продукты ее переработки поступают в окружающую среду при добыче, подготовке, промысловой и магистральной транспортировке нефти и газа, а также в процессе хранения и использования.

В настоящее время научно обоснованные методы ликвидации последствий загрязнения разработаны не в полной мере, особенно для районов со сложными климатическими условиями. Для снижения неблагоприятного воздействия углеводородов нефти и нефтепродуктов на экосистемы, необходимо знание законов трансформации загрязненных экосистем и загрязняющих веществ, прогноз их изменения во времени.

Наиболее простым способом очистки загрязненной нефтепродуктами почвы является активизация способности ее автохтонной микробиоты к деструкции углеводородов и восстановлению основных свойств.

Среди факторов восстановления физических, химических и биологических свойств почвы в засушливых условиях севера Казахстана ведущую роль играет биологический: – развитие и поддержание концентрации биомассы микроорганизмов, что является одним из важных условий биологического очищения почвы от нефти и нефтепродуктов.

Восстановление нефтезагрязненных земель в Павлодарской области в настоящее время является актуальной природоохранной проблемой, так как на ее территории находится нефтеперерабатывающий завод, нефтепровод протяженностью 530 километров, четыре нефтеперекачивающие станции с резервуарами для хранения нефтепродуктов, которые являются потенциальными загрязнителями окружающей среды. Кроме того, развитие промышленных отраслей и автотранспортного парка, вносит свой вклад в поступление нефтепродуктов в окружающую среду.

В учебном пособии «Восстановление экосистем нарушенных нефтепродуктами» даны основные понятия о причинах и факторах нарушающих экосистемы. Приведены основные свойства нефти и нефтепродуктов, причины и условия их поступления в окружающую среду и последствия интенсивного загрязнения. Показано стимулирующее и угнетающее действие компонентов нефти на живые организмы.

Значительная часть пособия посвящена стратегии работ по восстановлению экосистем нарушенных нефтепродуктами в условиях Павлодарской области, отмечена потенциальная опасность данного фактора нарушения ландшафтов в Павлодарской области и Республике Казахстан. На практических примерах показана высокая эффективность и экономическая целесообразность восстановления экосистем с использованием ресурсов местной микробиоты.

1 Нарушенные экосистемы и способы их восстановления

Естественный ареал распространения вида Homo, определяется природными условиями, однако по мере развития общественного производства и техники среда обитания человечества значительно расширилась и практически охватила всю географическую оболочку Земли. Человеческое Общество существенно изменило окружающую среду в процессе её освоения. Воздействие на нее человека становится всё более ощутимым, причём особенно резко оно усилилось в условиях современной научно-технической революции. В разной степени изменению подвергаются все природные компоненты

Человеком были одомашнены многие виды животных и созданы культурные растения, но в то же время истреблены многие дикие животные и уничтожены целые биоценозы. Площадь лесов на Земле сократилась со времени неолита примерно в 2 раза, на месте естественной растительности появились обрабатываемые земли, возникли вторичные леса и степи, заросли кустарников, луга и пустоши,. Облик земной поверхности значительно изменяют также и инженерные сооружения, направленные на преобразование речных систем, создание каналов, водохранилищ и т.п. При строительных работах и добыче полезных ископаемых ежегодно перемещаются огромные массы горных пород.

Биологическая продуктивность многих ландшафтов в результате антропогенного воздействия резко возросла; на территориях, улучшенных с помощью осушения, искусственного орошения, защитных лесных полос, а местами отвоёванных у моря, возникли культурные ландшафты. Однако вмешательство человека в регулирование природных процессов не всегда дает желаемые результаты, так как трудно правильно оценить отдалённые последствия такого воздействия.

Изменение хотя бы одного из природных компонентов приводит, в силу существующих между ними взаимосвязей, к перестройке сложившейся структуры природно-территориальных комплексов. Так, вырубка леса, распашка почвы, чрезмерная перегрузка пастбищ служат причинами нарушения почвенного покрова, изменения водного баланса, развития эрозии, образования пыльных бурь, перевевания песков, заболачивания и т.п. В связи со сказанным, определим, что нарушенные экосистемы – это экосистемы, в которых хотя бы один параметр (элемент, свойство, отношение) вышли за предел ее устойчивости (гомеостаза).

Угрозу для окружающей среды представляют изменения, осуществляемые без учёта условий её сохранения, в том числе интенсивное развитие ряда ведущих отраслей энергетики и обрабатывающей промышленности (большие объемы добычи и переработки нефти, ядерная энергетика, химическая промышленность, цветная металлургия и др.), химизация сельского хозяйства, рост автомобильного, водного и авиационного транспорта.

Следствием этого является загрязнение поверхности суши, гидросферы и атмосферы. Образуя на поверхности воды плёнку, затрудняющую газо- и водообмен между океаном и атмосферой, нефтепродукты резко ухудшают условия развития морских организмов. Ежегодно промышленные предприятия и транспорт выбрасывают в атмосферу около 1 млрд. т аэрозолей и газов (в т. ч. угарный газ, сернистый ангидрид, окислы азота), приблизительно столько же сажи; в водоёмы поступает свыше 500 млрд. т промышленно-бытовых стоков. Интенсивность загрязнения Мирового океана, нефтепродуктами оценивается до 10 млн. т. в год

В крупных промышленных центрах многих стран содержание ядовитых примесей в воздухе превышает предельно допустимые концентрации, что часто ведёт к опасным заболеваниям населения. Ядовитые примеси из воздуха и водоёмов вовлекаются в планетарный оборот, переносятся воздушными и водными течениями на большие расстояния, попадают в почвенные растворы, концентрируются в растениях, откуда поступают в организмы животных и человека.

При оценке воздействия на окружающую среду чаще всего используются показатели ПДК или аналогичные. Опасность различных факторов техногенного происхождения оценивается степенью их влияния на здоровье человека или экономическим ущербом, получаемым от снижения ценности территории, подвергшейся такому действию. Изменения, происходящие в биоте экосистем, практически не учитывается. Отсюда следует, что природоохранное законодательство, даже если оно будет исполняться надлежащим образом, не остановит разрушение ландшафтов, так как чувствительность многих компонентов биосферы значительно превышает действие нарушающих факторов на человека, а разрушение любых элементов экосистем снижает их устойчивость и способствует деградации.

А.В.Чигаркин отмечает, что основным принципом стратегии человека, при решении проблемы антропогенного воздействия на окружающую среду, должна быть соизмеримость форм и масштабов его деятельности с потенциальной способностью природы ликвидировать создаваемые им неблагоприятные воздействия. От этого зависит сохранится, или, наоборот, необратимо нарушится подвижное, динамическое равновесие в природной среде, сложившееся за миллиарды лет существования жизни на Земле.

Нарушение динамического равновесия по всей вероятности происходит в результате появления критических экологических состояний в пределах окружающей среды, где даже незначительное изменение в характере отдельных природных компонентов могут привести к изменению внешнего облика и внутренней структуры целых ландшафтов.

К важным побочным следствиям воздействия производства на среду обитания относится энергетический эффект. При ежегодном сжигании 7 млрд. т условного топлива выделяется свыше 12,5·10¹⁹ Дж (3·10¹⁶ ккал) тепла. На Землю же, ежегодно поступает 3·10²⁴ Дж солнечной энергии, а энергия всех разведанных к настоящему времени запасов нефти, угля, природного газа, урана оценивается в 2,5·10²² Дж.

(биотехнология)Представим эти данные на графике, (рисунок 1) приняв сжигание топлива за единицу: энергия, выделяемая при этом в 192 раза меньше энергии разведанных запасов всех видов топлива и в 23000 раз меньше годового поступления энергии солнца на Землю, Отсюда видно, что прямой перегрев нашей планете, за счет сжигания топлива, не грозит, правда существует потенциальная опасность, что при сгорании топлива поступающие ежегодно в атмосферу 20 млрд. т углекислоты, могут способствовать повышению температуры окружающей среды вследствие парникового эффекта – отложенного излучения Земной энергии в космос - и связанных с этим изменений в биосфере. С другой стороны, выброс огромных количеств пыли и сажи, приводит к снижению прозрачности атмосферы, вследствие чего снижается поступление солнечной энергии на поверхность Земли, что, наоборот, способствует уменьшению тепловой энергии, приходящей от Солнца на Землю.

Загрязнение окружающей среды снижает качество среды обитания человека и других живых организмов, что способствует возникновению кризиса, который особенно остро проявляется в ряде городов и промышленных районов. Оптимизация взаимодействия человеческого общества со средой его обитания должна предусматривать не только охрану природы и рациональное использование ресурсов, активное её преобразование на основе новых технологий использования сырья (малоотходное производство) и получения энергии, но и учитывать тот факт, что слишком быстрое изменение биосферы, или отдельных ее компонентов может привести к необратимым последствиям.

Результаты взаимодействия человека и природы, как правило, оставляют желать лучшего, так как определяются многовекторными воздействиями социальных систем различного уровня и в основном направлены на решение задач частного порядка в ущерб качеству среды обитания. Для практического решения этой проблемы необходимо всестороннее исследование техногенных изменений природной среды на всех уровнях (от местного до планетарного). Нужно изучить степень устойчивости природных ландшафтов по отношению к воздействию человека, оценить их способность к саморегулированию и восстановлению. При умении прогнозировать их дальнейшее изменение, появляется возможность соразмерять свои скромные возможности, при попытках изменять сложные природные системы.

Важную роль в изучении в основном негативногоДля практического решения проблемы антропогенного взаимодействия с биосферой Земли, необходимо понимать, что она является основой жизни антропогенного влияния на окружающую среду может сыграть этология – наука о поведении. Конрад Лоренц – основоположник этой науки, в своей знаменитой работе «Восемь смертных грехов цивилизованного человечества», отмечает, что причиной разрушения среды своего обитания являются расстройства механизмов поведения человека. К сожалению, этому вопросу практически не уделяется внимания.