УСТОЙЧИВОСТЬ И САМООЧИЩЕНИЕ ПОЧВ
9.3.1. Естественные процессы разложения нефти и нефтепродуктов в почвах
Абиотические и биотические факторы окисления нефти
Попадая на земную поверхность, нефть оказывается в качественно новых условиях существования: из анаэробной обстановки с очень замедленными темпами геохимических процессов она попадает в аэрируемую среду. В ней нефть, состоящая из множества различных соединений, деградирует очень медленно, процессы окисления одних компонентов ингибируются другими, трансформация отдельных соединений происходит по пути образования трудноокисляемых форм. Основной механизм окисления углеводородов разных классов в аэробных условиях, близких к условиям поверхности Земли, — это внедрение кислорода в молекулу, замена связей смолой энергией разрыва (С—С, С—Н), наиболее доступных для окислителя, связями с большей энергией разрыва (С—О, Н—О).
Естественному разложению нефти в почвах способствуют абиотические и биотические факторы ее окисления.
К естественным абиотическим факторам разложения нефти относятся: 1) испарение и рассеяние; 2) физико-химическое окисление.
В первые недели и месяцы после загрязнения почв протекают в основном абиотические процессы изменения нефти: стабилизация потока, частичное рассеяние, понижение концентрации углеводородов. Это позволяет микроорганизмам адаптироваться, перестроить свою функциональную структуру и начать активную деятельность по окислению углеводородов.
Содержание нефти в почве резко снижается в первые месяцы после загрязнения — в среднем на 40—50% (на эту величину влияют климатические условия). В дальнейшем это снижение идет очень медленно. Меняются диагностические признаки остаточной нефти: вещество, первоначально почти полностью извлекающееся гексаном, замещается веществом, преимущественно извлекаемым хлороформом и другими полярными растворителями. Увеличивается доля веществ, не извлекаемых из почвы органическими растворителями.
На поверхности почвы важная роль в разложении нефти и нефтепродуктов принадлежит ультрафиолетовому излучению, способному разлагать даже наиболее стойкие полициклические углеводороды за несколько часов. Внутри почвенного профиля фотохимические процессы не протекают, ведущая роль в окислении углеводородов там принадлежит микроорганизмам. Основной окисляющий агент в условиях земной поверхности — молекулярный кислород. Окисление углеводородов молекулярным кислородом, как в химических, так и в биохимических реакциях, происходит по одному и тому же механизму и приводит к одинаковым результатам.
Наиболее высокая численность микроорганизмов наблюдается в верхних горизонтах почв. Вниз по почвенному профилю она существенно снижается. Вблизи поверхности почвы содержат наибольшие количества кислорода. Поэтому процессы биодеградации нефти активнее всего идут в верхних горизонтах почвенного профиля.
Взаимодействие углеводородов с кислородом сопровождается снижением уровня свободной энергии, поэтому оно может протекать самопроизвольно при наличии достаточного количества окисляющих агентов. Процесс этот при низких температурах происходит чрезвычайно медленно, проходя через ряд промежуточных стадий. Один из существенных факторов ускорения процесса — активность катализаторов. Наиболее распространенные и универсальные катализаторы в почвах, воде, растениях — различные ферменты, выделяемые микроорганизмами, почвенной мезофауной, высшими растениями.
Кроме того, существует многочисленная специализированная группа углеводородокисляющих микроорганизмов, использующих те или иные углеводороды в качестве субстрата для своего роста. Выделяемые ими ферменты могут использоваться и для окисления других соединений, которые не являются для них источниками питания. Другие группы микроорганизмов утилизируют промежуточные продукты окисления углеводородов, способствуя дальнейшему углублению процесса.
