Збільшення видобутку нафти посилює небезпеку забруднення довкілля. Ґрунти під впливом забруднення нафтопродуктами відновлюються набагато гірше, ніж водне і повітряне середовище, оскільки вони здатні акумулювати і закріплювати токсичні речовини [5].
Дуже чутливими до складових нафти є ґрунтові безхребетні [2]. При дослідженні чисельності та біомаси багатовидового угруповання ґрунтових безхребетних було помічено, що найбільше тварин гине у зонах із максимальним нафтовим забрудненням. Крупні безхребетні зникають при цьому повністю. Найбільшу стійкість, навіть деяке підвищення чисельності виявляють дощові черви (Eisenia norden-skioldi Eisen і Limbricus rubellus Hoff.). При середньому рівні забрудненості Oligochaeta також найбільш стійкі, а Mollusca — найменш [6]. При слабкому забрудненні нафтою стійкість олігохет становить 111,5 %; при середньому 50 %, при сильному стійкості не виявлено.
Вплив нафтопродуктів на ґрунтову систему багатоплановий, що створює труднощі при виробленні критеріїв їх допустимого вмісту. Через відсутність до цього часу науково обґрунтованих і затверджених державних стандартів на допустимий вміст нафти та її компонентів у ґрунті (ГДК, ОБРВ) призводить до довільного, часто суб'єктивного нормування. Доцільно нормувати забруднення не за концентрацією речовин, а за реакцією самого ґрунту на токсичний вплив [4].
Дотримання обмеження по лімітах і ГДК для нафтопродуктів є більш економічно вигідним, ніж усунення наслідків забруднення повітря, ґрунту та загибелі організмів, що їх населяють.
Метою дослідження було оцінити токсичний вплив нафтопродуктів на представників ґрунтової мезофауни — дощових червів Eisenia foetida у лабораторних умовах, дати рекомендації щодо встановлення орієнтовно безпечних рівнів впливу.
Матеріали і методи
Характеристика діючих речовин досліду Бензин. Бензин отримують шляхом розгонки і відбору фракцій нафти, що википають у певних температурних межах; до 100° C — бензин I сорту, до 110° C — бензин спеціальний, до 130° C — бензин II сорту, до 265° C — гас ("метеор"), до 270° C — гас звичайний, приблизно до 300° C — проводиться відбір масляних фракцій. Залишок вважається мазутом.
Пари бензину дуже токсичні для людини, а їхнє вдихання може викликати як гостре, так і хронічне отруєння.
Дизпаливо. Дизельне паливо, як і бензин, — це суміш парафінових, нафтенових і ароматичних вуглеводів і є продуктом прямої перегонки нафти з додаванням (не більше 20%) компонентів каталітичного крекінгу. Щільність дизельного палива 0,79-0,97 г/см3, температура спалаху 35-80°С.
Дизельне паливо використовується у двигунах, установлених на великовантажних автомобілях, тракторах і дорожніх машинах, на водному і залізничному транспорті, у різних енергетичних установках.
Машинне (моторне) масло. Похідним переробки нафти, що використовують як мастильний матеріал, є мазут, який складає 70-90 % її маси. Поряд із звичайним мінеральним маслом, продуктом прямої переробки нафти, існує масло синтетичне, отримане в результаті складних реакцій синтезу. Основною характеристикою машинного масла є в'язкість, яка відрізняється у зимових та літніх сортів. Щорічно в світі споживають близько 50 млн. тонн моторних масел. Лише 25 % із них (у Росії 4 %) підлягають утилізації або спалюванню. Решта опиняється у водоймах, ґрунті, каналізації, розпилюється в атмосфері.
Тест-об'єкт та умови досліду
У досліді з біотестування нафтопродуктів у якості тест-об'єкту використовували дощових червів виду Eisenia foetida (Savigny, 1826). Тестуванню підлягали бензин, дизельне пальне і машинне масло (моторна олива). Кожну речовину випробовували у 3 концентраціях: 1000 мг/кг, 2000 мг/кг, 3000 мг/кг. Це відповідає низькому, середньому і високому рівням забруднення ґрунту, оскільки ГДК для вмісту нафтопродуктів у ґрунті досі не встановлені.
Рівень забруднення ґрунту нафтопродуктами (згідно з прийнятими нормативами [3]):
- <1000 мг/кг — допустимий рівень;
- 1000-2000 мг/кг — низький рівень;
- 2000-3000 мг/кг — середній рівень;
- 3000-5000 мг/кг — високий рівень.
Штучний ґрунт змішували у співвідношенні: 70% — пісок, 20% — торф, 10% — чорнозем. Готували емульсію досліджуваних речовин у дистильованій воді, перемішували із сухим штучним ґрунтом. Перед початком досліду дощових червів промивали, висушували і зважували у кількості по 10 штук на кожну пластикову коробку (контейнер) об'ємом 500 мл. Червів рівномірно розподіляли по 5 точках у субстраті. Режим освітлення 12 год/добу (світло/темрява). Акліматизація червів тривала 2 доби, у цей період їх не годували. Для контролю використовували ґрунт, необроблений нафтопродуктом, зволожений водою. Маса ґрунту в кожному пластиковому контейнері становила 400 г. Контейнер накривали кришкою з дірочками для провітрювання.
Кількість тварин, що загинули, визначали візуально, реєструючи на 7 і 14 добу досліду. Оцінювали загальний стан і рухливість червів, живих зважували, фіксуючи середню масу для кожного контейнера. Температуру і вологість реєстрували через день.
Дослід з бензином був поставлений при температурі 24° С та відносній вологості 33%; з мазутом — 18° С та 55%, із машинним маслом -18° С та 35%. (табл. 1-3).
Таблиця 1
Динаміка зміни температури протягом досліду (бензин)
Таблиця 2
Динаміка зміни температури протягом досліду (дизпаливо)
Таблиця 3
Динаміка зміни температури протягом досліду (машинне масло)
Результати та їх обговорення
Виживання (смертність) дощових червів
Дослід з бензином
При високій концентрації бензину (3000 мг/кг) смертність червів становила 100 %, при середній концентрації (2000 мг/кг) через тиждень загинуло 34 %, а через два тижні — 40 % тварин. При низькому вмісті бензину (1000 мг/кг ) у штучному ґрунті смертність червів становила лише 2 %, а у контролі 4 %. Згідно з результатами експериментів черви є толерантними до вмісту бензину у низькій концентрації.
Рис. 1. Зміна середньої маси червів на початку (А) та в кінці (В) досліду (бензин)
Дослід із дизельним паливом
При низькій концентрації дизельного палива у дослідах смертність складала 1 і 6 % на момент обліку тварин. Смертність червів при середніх концентраціях через тиждень становили 68 %, через два — 78 %; а при високих — 78 % і 100 %.
Рис. 2. Зміна середньої маси червів на початку (А) та в кінці (В) досліду (дизельне паливо)
У досліді з машинним маслом 50 % піддослідних тварин загинула за 1 тиждень і 70 % за 2 тижні у досліді з низькою концентрацією. При середній концентрації через тиждень загинуло 62 % тварин, а через 2 тижні — 74 %. Висока концентрація машинного масла спричинила загибель 80% тварин за тиждень і 94 % за два тижні. Порівняно із дизельним пальним смертність нижча у середніх та високих концентраціях (табл. 4).
Рис. 3. Зміна середньої маси червів на початку (А) та в кінці (В) досліду (машинне масло)
Таблиця 4
Смертність дощових червів у дослідах із нафтопродуктами (бензин та дизельне пальне)
Для усіх досліджених нафтопродуктів на основі отриманих у процесі експерименту результатів було розраховано ЛД50 за формулою [1]:
А — смертність вище 50,0 %, В — смертність нижче 50,0 %, α — доза, яка викликає смертність типу А; β — доза, яка викликає смертність типу В.
У досліді з бензином для дощових червів встановлено LD50=2167 мг/кг ґрунту; з дизельним паливом LD50=1611 мг/кг ґрунту; з машинним маслом LD50=714,28 мг/кг ґрунту
У експериментах із нафтопродуктами маса червів не залишалася постійною. Збільшення маси пов'язано із трофічною активністю безхребетних, які пропускають через кишечник субстрат (штучний ґрунт). Перед початком досліду кишечник червів був порожнім. Втрата маси піддослідних тварин пов'язана частково із фізіологічними змінами, а загальне зменшення маси є наслідком загибелі червів (табл. 5).
Таблиця 5
Маса червів у дослідах із нафтопродуктами
За низької концентрації бензину загальна маса червів у досліді збільшилася від 2,06 до 5,03 (143 %), у контролі також приріст маси тварин становив 88,94 %. При середньому рівні забруднення маса зросла на 12,74 %, а при високому токсична дія бензину викликала смерть усіх піддослідних особин. Приріст маси (збільшення трофічної активності) узгоджується з даними літератури, адже у польових умовах черви стійкі до низьких рівнів забруднення ґрунту нафтопродуктами.
У досліді з дизельним паливом маса червів протягом експерименту знижувалася, окрім контролю. Зміна маси червів при низькій концентрації становила — 12,6 % (смертність 6 %), тобто частина червів загинула, а у живих знизилася трофічна активність; при середній концентрації дизельного палива — 71 % (смертність 78 %), тобто знизилася маса через загибель тварин; при високій — загинули всі тварини (100 %). У контролі приріст маси червів становив 13 %. У даному випадку компенсаторних механізмів до токсичного впливу дизельного палива не виявлено.
Під впливом машинного масла також спостерігали зниження маси червів, зокрема: при низькій концентрації — 62,2 %; при середній концентрації — 55,46%, при високій концентрації — 83,4 %. При порівнянні одержаних результатів за допомогою непараметричного критерію Ван-дер-Вардена виявлено достовірність відмінностей маси під впливом різних концентрацій бензину. Не виявлено доведених закономірностей більш-менш токсичного впливу машинного масла порівняно з дизельним паливом та бензином.
За дії низьких концентрацій бензину черви активно споживали субстрат, в результаті чого загальна маса піддослідних тварин збільшувалася. При впливі більш токсичних речовин у високих концентраціях трофічна активність припиняється. Це поряд із морфологічними змінами виявляється як один із проявів токсичності.
Морфофізіологічні зміни
При проведенні експерименту із різними нафтопродуктами спостерігали, що деякі мертві особини мали білий колір, у результаті руйнування молекул гемоглобіну (знекровлення), а також були ослизнені та напіврозкладені. Також виявлені малорухливі, м'які, знебарвлені особини (рис.4).
Рис. 4. Морфологічні зміни дощових червів, що відбулися під впливом нафтопродуктів
Обговорення результатів
Токсичність досліджених нафтопродуктів: бензину, дизельного палива, машинного масла проявлялася по-різному. Можна розмістити у ряд за зростанням токсичності: бензин, дизельне паливо, машинне масло. Про це свідчать підраховані значення напівлетальних доз. LD50 машинного масла (714,28 мг/кг) у 2,25 раза нижче, ніж дизельного палива (1611 мг/кг), у 3 рази нижче, ніж бензину, а дизельного палива у 1,34 раза нижче, ніж бензину (2167 мг/кг). Таким чином, машинне масло втричі токсичніше за бензин, вдвічі більш токсичне за дизельне паливо; а дизельне паливо приблизно у півтора раза токсичніше за бензин.
У проявах токсичності виявлено деякі особливості. Незважаючи на більш високу токсичність, дія машинного масла у середніх та низьких концентраціях (1000-2000 мг/кг) проявляється менше, ніж дизельного палива у зв'язку з його фізичними властивостями.
Особливості токсичності частково обумовлені характеристиками речовин: бензин найбільш леткий, його дія найшвидше проявляється. Дизельне паливо діє у більш високих концентраціях. Машинне масло найбільш токсичне, але його вплив можливий лише при безпосередньому контакті із тілом тварини через високу в'язкість, менше випаровування.
У дощових червів існують механізми компенсації токсичного впливу нафтопродуктів. Частково це може бути пов'язано із збільшенням трофічної активності при низьких дозах нафтопродуктів (бензину). Черви набирають незначну масу при впливах невисоких концентрацій нафтопродуктів, а при перевищенні рівня допустимої концентрації — гинуть.
Висновки. Із досліджених нафтопродуктів найбільш токсичним є машинне масло, дія якого проявляється при безпосередньому контакті, менш токсичними — дизельне паливо та бензин. Тому забруднення нафтопродуктами ґрунту знижує трофічну активність і діяльність червів як деструкторів.
Рекомендовано встановити нижній рівень ГДК для високого рівня забруднення менше 3000 мг/кг, оскільки ця концентрація викликає 100 % смертність. Слід знизити рівні концентрації нафтопродуктів у ґрунтах для високого та середнього рівня і встановити такі значення: 2000-3000 високий; 1000-2000 середній; <1000 низький і скоригувати допустимий вміст нафтопродуктів у ґрунті.
ЛІТЕРАТУРА
1. ДСТУ ISO 11268-1:2003 Національний стандарт України. Якість ґрунту. Вплив забрудників на земляних черв'яків (Eisenia fetida). Частина 1. Визначення гострої токсичності з використанням штучного субстрату ґрунту. — Чинний від 01.07.2004. — Київ: Держспоживстандарт України, 2004. — 7 с.
2. Карташев А. Г. Биоиндикация экологического состояния окружающей среды / А. Г. Карташев. — Томск: Водолей, 1999. — 180 с.
3. Порядок определения размеров ущерба от загрязнения земель химическими веществами (утв. Роскомземом 10 ноября 1993 г. и Минприроды РФ 18 ноября 1993 г.). — Электронный ресурс. — Режим доступа: http://forum.inte-gral.ru/viewtopic.php?f=14&t=1859. — Название с экрана.
4. Проблема диагностики и нормирования загрязнения почв нефтью и нефтепродуктами / Ю.И. Пиковский, А.Н.Геннадиев, С.С. Чернявский, Г.Н. Сахаров // Почвоведение, 2003, №9. — С. 1132—1140.
5. Солнцева Н.П. Принципы и методы экспериментального моделирования миграции и закрепления нефти и нефтепродуктов в почвах. Геохимия ландшафтов и география почв / Н.П. Солнцева // Ойкумена, 2002. — С. 65—90.
6. Соромотин А.В. Влияние нефтяного загрязнения на почвенных беспозвоночных (мезофауны) в таежных лесах Среднего Приобья / А.В.Соромотин //Сибирский экологический журнал. — 1995. — №6. — С. 549—552.
REFERENCES
1. DSTU ISO 11268-1:2003 Nacional'nyj standart Ukrainy. Yakist' g'runtu. Vplyv zabrudnykiv na zemlyanykh cherv'yakiv (Eisenia fetida). Chastyna 1. Vyznachennya gostroi toksychnosti z vykorystannyam shtuchnogo substratu g'runtu. — Chynnyj vid 01.07.2004. — Kyiv: Derzhspozhyvstandart Ukrainy, 2004. — 7 s.
2. Kartashev A. G. Bioindikaciya ekologicheskogo sostoyaniya okruzhayuschej sredy / A. G. Kartashev. — Tomsk: Vodolej, 1999. — 180 s.
3. Poryadok opredeleniya razmerov uscherba ot zagryazneniya zemel' khimicheskimi veschestvami (utv. Roskomzemom 10 noyabrya 1993 g. i Minprirody RF 18 noyabrya 1993 g.). — Elektronnyj resurs. — Rezhim dostupa: http://forum.inte-gral.ru/viewtopic.php?f=14&t=1859. — Nazvanie s ekrana.
4. Problema diagnostiki i normirovaniya zagryazneniya pochv neft'yu i nefteproduktami / Yu.I. Pikovskij, A.N.Gennadiev, S.S. Chernyavskij, G.N. Sakharov // Pochvovedenie, 2003, №9. — S. 1132—1140.
5. Solnceva N.P. Principy i metody eksperimental'nogo modelirovaniya migracii i zakrepleniya nefti i nefteproduktov v pochvakh. Geokhimiya landshaftov i geografiya pochv / N.P. Solnceva // Ojkumena, 2002. — S. 65—90.
6. Soromotin A.V. Vliyanie neftyanogo zagryazneniya na pochvennykh bespozvonochnykh (mezofauny) v taezhnykh lesakh Srednego Priob'ya / A.V.Soromotin //Sibirskij ekologicheskij zhurnal. — 1995. — №6. — S. 549—552.
Надійшла до редакції 30.03.2012р.