Влияние ремедиантов на экологическое состояние загрязнённых нефтью и нефтепродуктами зональных почв Европейской части России

МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ 
РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК 
Федеральное государственное автономное образовательное 
учреждение высшего образования
«ЮЖНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»
Академия биологии и биотехнологии им. Д. И. Ивановского
ВЛИЯНИЕ РЕМЕДИАНТОВ НА ЭКОЛОГИЧЕСКОЕ 
СОСТОЯНИЕ ЗАГРЯЗНЁННЫХ НЕФТЬЮ 
И НЕФТЕПРОДУКТАМИ ЗОНАЛЬНЫХ ПОЧВ 
ЕВРОПЕЙСКОЙ ЧАСТИ РОССИИ
Монография
Ростов-на-Дону – Таганрог
Издательство Южного федерального университета
2024
1

УДК [631.4:665.6/.7]:504(470)(035.3)
ББК 40.3+26.343.1+20.18(23) я43
        В57
Печатается по решению Комитета при Ученом совете 
Южного федерального университета по естественнонаучному 
и математическому направлению науки и образования 
(протокол № 9 от 15 июля 2024 г.)
Рецензенты:
доктор педагогических наук, кандидат биологических наук, 
директор Ботанического сада Т. В. Вардуни;
кандидат биологических наук, заместитель директора 
по экологическим вопросам ООО «Северо-Кавказский 
экспертный центр» М. Г
. Жаркова
Авторский коллектив: 
А. С. Русева, С. И. Колесников, Т. В. Минникова, К. Ш. Казеев
В57
Влияние ремедиантов на экологическое состояние загрязнённых нефтью и нефтепродуктами зональных почв 
Европейской части России : монография / А. С. Русева, С. И. Колесников и др. ; Южный федеральный университет. – Ростов-на-Дону ; Таганрог : Издательство Южного федерального 
университета, 2024. – 142 с. 
ISBN 978-5-9275-4735-7
DOI 10.18522/801333615
В монографии проведена оценка влияния ремедиантов разного механизма действия (разложение или связывание нефти и нефтепродуктов) и различной природы 
(«Гумат натрия» – органо-минеральное удобрение, нитроаммофоска – минеральное 
удобрение, биочар – сорбент, «Байкал ЭМ-1» – микробиологическое удобрение) на 
экологическое состояние чернозёма обыкновенного, чернозёма оподзоленного, бурой 
лесной, бурой полупустынной, дерново-подзолистой и тёмно-серой лесной почв. Определены наиболее эффективные ремедианты и их дозы для стимуляции биологической 
активности при загрязнении почв нефтью, мазутом, бензином, дизельным топливом в 
разных концентрациях и в разных почвах. Исследована динамика восстановления экологического состояния загрязнённых почв после ремедиации. Выявлены наиболее чувствительные биологические показатели почв для оценки эффективности ремедиантов.
Книга адресована специалистам в области экологии, природопользования, охраны окружающей среды, почвоведения, а также студентам и аспирантам.
Исследование выполнено при финансовой поддержке Программы стратегического 
академического лидерства Южного федерального университета «Приоритет 2030» 
(СП-12-22-10, СП-12-23-01) и грантов Президента Российской Федерации 
(НШ-2511.2020.11, НШ-449.2022.5, МК-175.2022.5).
ISBN 978-5-9275-4735-7 
УДК [631.4:665.6/.7]:504(470)(035.3)
ББК 40.3+26.343.1+20.18(23) я43
© Южный федеральный университет, 2024 
© Оформление. Макет. Издательство 
Южного федерального университета 2024
2

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ ...............................................................................................5
Глава 1. ЗАГРЯЗНЕНИЕ ПОЧВ НЕФТЬЮ 
И НЕФТЕПРОДУКТАМИ И МЕТОДЫ 
ИХ ВОССТАНОВЛЕНИЯ  
.........................................................6
1.1. Состав и свойства нефти и нефтепродуктов, 
происхождение нефти ....................................................... 6
1.2. Источники и масштабы загрязнения почв 
нефтью и нефтепродуктами 
........................................... 11
1.3. Изменение почвенных свойств 
при воздействии нефти и её производных ................... 14
1.4. Способы ремедиации почв ............................................. 18
1.5. Биоремедиация загрязнённых 
нефтью и нефтепродуктами почв 
.................................. 21
Глава 2. ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ............................28
2.1. Объекты исследования 
...................................................... 28
2.2. Характеристика 
загрязнителей и ремедиантов ......................................... 30
2.3. Методика модельных экспериментов ........................... 32
2.4. Изучение экологических и биологических 
свойств почв ......................................................................... 40
2.5. Статистическая обработка 
полученных результатов 
..................................................... 45
Глава 3. ДИНАМИКА ЭКОЛОГИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ 
ЧЕРНОЗЁМА ОБЫКНОВЕННОГО ПРИ РАЗЛИЧНОМ 
УРОВНЕ ЗАГРЯЗНЕНИЯ НЕФТЬЮ 
И НЕФТЕПРОДУКТАМИ И ВНЕСЕНИИ РЕМЕДИАНТОВ .......46
3.1. Влияние ремедиантов на экологическое состояние 
чернозёма обыкновенного при загрязнении 
нефтью, мазутом, бензином ........................................... 46
3

3.2. Влияние ремедиантов на экологическое 
состояние нефтезагрязнённого чернозёма 
обыкновенного через 30, 90 и 
180 суток эксперимента 
................................................... 58
3.3. Влияние ремедиантов на экологическое состояние 
чернозёма обыкновенного 
при загрязнении нефтью в разных концентрациях ..... 78
3.4. Влияние биочара на экологическое состояние 
чернозёма обыкновенного при загрязнении 
дизельным топливом в разных концентрациях 
............. 90
Глава 4. ВЛИЯНИЕ РЕМЕДИАНТОВ НА ЭКОЛОГИЧЕСКОЕ 
СОСТОЯНИЕ ПОЧВ ЮГА РОССИИ 
ПРИ ЗАГРЯЗНЕНИИ НЕФТЬЮ 
................................................96
4.1. Влияние ремедиантов на экологическое состояние 
нефтезагрязнённой бурой лесной почвы  .................... 96
4.2. Влияние ремедиантов на экологическое состояние 
нефтезагрязнённой бурой полупустынной почвы ..... 104
Глава 5. ВЛИЯНИЕ БИОЧАРА НА ЭКОЛОГИЧЕСКОЕ 
СОСТОЯНИЕ ЗОНАЛЬНЫХ ПОЧВ 
ЕВРОПЕЙСКОЙ ЧАСТИ РОССИИ 
ПРИ ЗАГРЯЗНЕНИИ НЕФТЬЮ 
..............................................112
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 
.....................................................................................121
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 
......................................................................123
4

ВВЕДЕНИЕ
Интенсивное развитие процесса глобализации экономики и торговли в течение последних нескольких десятилетий способствовало 
увеличению потребления нефти и нефтепродуктов (Zhu et  
al., 2016; 
Li et al., 2020; Bao et al., 2022; Lv et al., 2023) . Согласно данным Организации стран – экспортёров нефти, ежегодная потребность в нефти 
и ее производных увеличивается примерно на 8%, при этом добыча 
нефти растет на 5% в год (Васильева и др., 2013). Нефть и её производные попадают в окружающую среду различными способами, включая утечки из устьев скважин, трубопроводов и подземных резервуаров для хранения, а также в результате неправильной утилизации 
нефтяных отходов и при буровых работах (Polyak et al., 2018). 
Загрязнение нефтью и нефтепродуктами в наибольшей степени отражается на почвах. Большая часть Европейской части России 
пронизана сетью нефте- и нефтепродуктопроводов, которые представляют опасность возникновения аварийных разливов. Углеводороды нефти изменяют структуру и свойства почвы, нарушают её 
биологические свойства, а также попадают в подземные и поверхностные воды, что в значительной степени угрожает экологической 
обстановке в целом. Для естественного восстановления почв требуется длительный период времени, поэтому целесообразным является поиск эффективных методов их ремедиации (Ren et al., 2020). 
Наиболее часто используемыми методами восстановления загрязненных нефтью и нефтепродуктами почв являются биологические (биоремедиация). По сравнению с физическими и химическими методами ремедиации, биологические имеют ряд преимуществ, 
включая мягкое воздействие на окружающую среду и отсутствие 
её вторичного загрязнения, возможность практически полной минерализации загрязнителя, а также относительно невысокую стоимость выполнения работ по восстановлению экологического состояния почв (Янкевич и др., 2015; Zhang et al., 2020).
Цель – изучение влияния ремедиантов на экологическое состояние загрязнённых нефтью и нефтепродуктами зональных почв 
Европейской части России. 
5

Глава 1. 
ЗАГРЯЗНЕНИЕ ПОЧВ НЕФТЬЮ 
И НЕФТЕПРОДУКТАМИ И МЕТОДЫ 
ИХ ВОССТАНОВЛЕНИЯ 
1.1. Состав и свойства нефти и нефтепродуктов, 
происхождение нефти
Нефть представляет собой жидкое природное ископаемое топливо, которое включает большое количество разных по строению 
высокомолекулярных углеводородов (Шмараев, Шорина, 2009). 
В природных условиях нефть различается по внешнему виду, фазовому состоянию, химическому составу, химическим и физическим 
свойствам. На физические свойства и состав нефти влияет соотношение её компонентов. Кроме того, на все свойства большое воздействие оказывает удельный вес, который изменяется в пределах 
от 0,80 до 0,95 (Рысбаева и др., 2018).
Нефтяные углеводороды естественным образом залегают в отложениях под поверхностью земли в пористых или трещиноватых 
осадочных породах, существуют в виде газов (природный газ), полутвёрдых (битум), твёрдых веществ (воск или асфальтит) и жидкостей – в виде сырой нефти (Рысбаева и др., 2018; Ite, Ibok, 2019; 
Ossai et al., 2020). 
В целом нефть содержит большое количество соединений разных классов. Их настолько много, что с течением времени в нефти 
обнаруживается всё больше и больше соединений. Некоторые аналитики идентифицируют до 17500 соединений (Fingas, 2011). В состав нефти входят короткоцепочечные углеводороды, сложные смеси парафиновых, алициклических и ароматических углеводородов и 
меньшая доля неуглеродистых соединений, таких как нафтеновые 
6

1.1. Состав и свойства нефти и нефтепродуктов, происхождение нефти
кислоты, фенолы, тиолы, гетероциклический азот, соединения серы, 
а также металлопорфирины и асфальтены. Наибольшую долю, около 57%, в составе нефти образуют алифатические углеводороды. На 
втором месте по содержанию находятся ароматические углеводороды – около 29%. Асфальтены и другие соединения в общей сумме 
составляют 14% (Иваненко, 2006; Привалова и 
 др., 2017). В элементном составе содержание углерода в нефти обычно находится в диапазоне 83–87%, а содержание водорода колеблется от 10 до 14%. 
Углерод и водород являются основными горючими составляющими 
нефти, при этом, чем тяжелее нефть, тем выше становится процентное содержание углерода и снижается доля водорода (Кунавина, Кочулева; 2018). Кроме того,  
в сырой нефти обнаружены различные 
небольшие количества азота, кислорода, серы и металлов (Ni, V и 
Cr). Количество воды в нефти варьирует от десятых долей до 60 % и 
более. При этом содержание воды в нефтепродуктах намного меньше, чем в нефти (Кунавина, Кочулева, 2018; Fingas, 2011 
).
Сырую нефть можно классифицировать на лёгкую (плотность 0,65–0,87 г/см3), среднюю (плотность 0,8 
7–0,91 г/см3) и тяжёлую (плотность 0,91–1,05 г/см3). Это важный показатель, который отражает степень воздействия нефти на окружающую среду 
(Рябов, 2023).
 
Фракции нефти обладают разной токсичностью. При загрязнении тяжёлыми фракциями почве наносится косвенный вред – 
происходит ухудшение либо полное прекращение аэрации почвы, 
что способствует снижению численности или даже вымиранию аэробной микрофлоры и, наоборот, увеличению количества анаэробных организмов. Наиболее опасным является загрязнение именно 
нефтью. Её легкие фракции проникают вглубь почвы, при этом 
тяжёлые фракции формируют на поверхности корку, тем самым 
препятствуя испарению легких. Это способствует гибели почвенных организмов и потере сельскохозяйственных функций почвы 
(Комаровский, Воднева, 2011).
Тяжёлые нефти представляют собой природные соединения, содержащие углеводороды, которые обычно составляют менее 20% по весу нефти, а также вещества, похожие на нефть. Это 
7

Глава 1. Загрязнение почв нефтью и нефтепродуктами и методы их восстановления
остаток от перегонки сырой нефти, куда входит углерод – 88%, 
водород – 10%, сера – 1%, вода – 0,5%, зола – 0,1%, а также могут 
входить диспергированные частицы. Тяжелые нефти сложно поддаются биологическому разложению. Фракции асфальтенов и смол 
помимо углерода и водорода содержат серу, азот, кислород и являются полярными компонентами мазута. Преимущественно из-за 
полярности данных фракций они обладают низкой летучестью 
(Ahmed, Fakhruddin, 2018).
Плотность нефти обычно составляет от 0,7 до 0,99 г/см3. Важной характеристикой нефти и нефтепродуктов также является температура воспламенения. Легковоспламеняющимися считают жидкости, температура воспламенения которых менее 60°C. Многие 
нефтепродукты и нефть легко воспламеняются, однако диапазон 
температур их воспламенения достаточно широкий (Fingas, 2011). 
Нефть и нефтепродукты содержат большое количество токсичных веществ с разной степенью растворимости и устойчивости 
к биологическому разложению (Sambuu et al., 2018). В целом нефть 
и её составляющие обладают низкой растворимостью в воде (менее 5%), при этом такие ароматические углеводороды, как бензол, 
этилбензол, ксилол и толуол обычно представляют собой наиболее водорастворимую фракцию нефти и нефтепродуктов ( Поконова и др., 1984 
). Гидрофобная составляющая нефтепродуктов в 
течение длительного времени сохраняется в почвах, в водоносных 
горизонтах и зоне аэрации, со временем преобразуется микроорганизмами и представляет собой источник вторичного загрязнения 
компонентов окружающей среды (Sambuu et al., 2018).
На сегодняшний день о происхождении нефти нет единого 
мнения. Существует две основные концепции её происхождения – 
органическая и неорганическая. Согласно первой, нефть и природный газ сформировались в осадочном слое земной коры за счёт 
трансформации растительных и животных остатков организмов. 
Считается, что этот процесс имеет стадийный характер. Среди сторонников органической концепции можно назвать таких учёных, 
как Н. Д. Зелинский, И. М. Губкин, К. Энглер, Г. Гефер. Неорганическая концепция заключается в том, что нефть и газ сформирова8

1.1. Состав и свойства нефти и нефтепродуктов, происхождение нефти
лись в мантии Земли путем синтеза углерода и водорода в условиях 
высокого давления и температуры. Данной концепции придерживались Д. И. Менделеев, В. Б. Порфирьев, М. Бертло, Н. А. Кудрявцев, 
П. Н. Кропоткин. Следует отметить, что на данный момент органическая теория происхождения нефти лучше аргументирована, чем 
неорганическая (Захарова, 2003; Шигапов, 2016).
М. В. Ломоносов в XVIII веке одним из первых сформулировал 
научно обоснованную концепцию возникновения нефти и газа, 
согласно которой нефть имеет органическое происхождение из 
каменного угля. Наибольшую аргументированность имеет теория 
немецкого ученого Г. Потонье о смешанной растительно-животной природе исходного субстрата для нефти. Идея минерального 
происхождения нефти была впервые предложена в 1805 г. А. Гумбольдтом (Захарова, 2003; Чукин и др., 2016). В рамках данной 
концепции наиболее последовательной оказалась предложенная 
Д. И. Менделеевым карбидная гипотеза, согласно которой нефть 
возникла в ходе взаимодействия карбидов металлов ядра Земли с парами воды. В 1950 г. профессором Н. А. Кудрявцевым была 
предложена еще одна гипотеза неорганического происхождения 
нефти – магматическая, заключающаяся в том, что в мантии Земли 
под действием высоких температур углерод и водород образуют 
углеводородные радикалы, которые со временем в ходе соединения друг с другом и водородом образуют более сложные нефтяные углеводороды. Кроме того, существует и космическая гипотеза 
происхождения нефти и газа, приверженцами которой являлись 
В. В. Соколов и В. Б. Порфирьев (Захарова, 2003).
Понятие «нефтепродукты» имеет разные определения. Под 
нефтепродуктами в техническом понимании подразумевают нефти, которые прошли определенную подготовку. Они включают все 
виды автомобильного и авиационного бензина, котельное и дизельное топливо, тракторные, реактивные, осветительные керосины, мазуты, парафин, растворители, смазочные масла, просадки, 
нефтяные битумы, нефтяной кокс, гудроны, нефтяные кислоты 
(Хаустов и др., 2006; Околелова и др., 2013). Согласно аналитическому определению по ГОСТ 17.1.4.01-80 (1983), под нефтепродуктами 
9

Глава 1. Загрязнение почв нефтью и нефтепродуктами и методы их восстановления
понимают неполярные и малополярные соединения, экстрагируемые петролейным эфиром или гексаном.
Одним из производных нефти выступает бензин. Бензин – это 
общий термин, обозначающий летучие, легковоспламеняющиеся 
нефтяные топлива, используемые преимущественно в двигателях 
внутреннего сгорания для легковых автомобилей и других типов 
транспортных средств. Около 50% от общего количества углеводородов в бензине составляют ароматические вещества. Изоалканы 
составляют порядка 35%. Алкены, алканы и циклоалканы находятся в незначительных количествах. В целом бензин включает смесь 
летучих углеводородных соединений с диапазоном температур 
кипения 50–200°C (США) или 25–220°C (Европа) для автомобильного бензина. В состав бензина преимущественно входят углеводороды в диапазоне C4-C12. Бензин легко воспламеняется, образует взрывоопасные смеси с воздухом и быстро испаряется (Ahmed, 
Fakhruddin, 2018). 
 
Дизельное топливо является средними дистиллятами сырой 
нефти, которые получают методом фракционной перегонки. Оно 
содержит около 64% алифатических углеводородов, 35% ароматических углеводородов и l-2% олефиновых углеводородов. Углеродное число углеводородов в топливе – от 11 до 25, а диапазон 
температур перегонки – от 180 до 380°C (Ahmed, Fakhruddin, 2018).
Мазут представляет собой производное нефти, остающееся 
после удаления легких углеводородов (бензин и дистиллятное 
топливо) за счет перегонки. Для него характерна высокая вязкость, смолоподобная консистенция, большое количество серы 
в составе – до 4,5% от общей массы. Мазут отличается высоким 
содержанием асфальтенов, что затрудняет его горение (Jameel 
et al., 2017). 
10