RECULTIVATION OF OIL-POLLUTED FEED LANDS OF STEPPE ZAVOLZHYE

Full Text

Самарская область относится к освоенным в аграрном отношении регионам, где высока роль естественных ландшафтов, сохранению стабильности и продуктивности которых уже более столетия уделяется пристальное внимание [1, 3, 7, 8, 9]. Деградация естественных кормовых угодий, происходящая в результате воздействия разлитой нефти и нефтепромысловых вод, дестабилизирует развитие фитоценозов и приводит к уменьшению их продуктивности [2]. Аккумуляция почвой нефтепродуктов и пластовых вод приводит к изменению условий питания растений за счет увеличения плотности почвы, ухудшения структурного состояния, уменьшения водопроницаемости, накопления солей. Восстановление нарушенных сельскохозяйственных земель на основе системы необходимых мер является теоретической, методологической и практической проблемой и определяет актуальность исследований. Цель исследований - восстановление плодородия нефтезагрязненных кормовых угодий (пастбищ) для использования в соответствии с целевым назначением в сельскохозяйственном обороте. Задачи исследований - оценить влияние нефти и высокоминерализованной пластовой воды на состояние почвенного покрова кормовых угодий (пастбищ); разработать мероприятия по рекультивации земель. Материал и методы исследований. В 2019-2021 гг. проводилось комплексное агрохимическое обследование земельного участка в районе «Сооружение Напорный нефтепровод» - от дожимной насосной станции (ДНС) «Никольская» Никольско-Спиридоновского месторождения до ДНС «Парфеновская» Бариновско-Лебяжинского месторождения - и «Парфеновский купол» Никольско-Спиридоновского месторождения в границах Кинельского района Самарской области, площадью 0,8075 га. Детальное почвенное обследование проводилось путем отбора смешанных образцов и заложения почвенных разрезов. Почвенные разрезы закладывались таким образом, чтобы охватить все формы рельефа и участки предполагаемого засоления, загрязнения и нарушения. Координирование земельного участка осуществлялось по внешней границе с помощью прибора GPSmap 60Cx - GARMIN. Отбор смешанных образцов (объединенной пробы) производился методом конверта. На площадке 20х20 м из четырех равноудалённых друг от друга точек из верхнего горизонта (0-30 см) брались почвенные образцы массой до 1 кг, тщательно перемешивались, из чего отбиралась средняя проба массой 300-400 г. Для определения глубины проникновения загрязнения закладывался разрез, из которого послойно отбирались образцы почвы. Всего на исследованной территории были заложены 2 пробные площадки, 1 разрез на глубину 50 см, из которого было отобрано 2 почвенных образца. На фоновой почве был отобран 1 образец с глубины 0-20 см. Лабораторные анализы выполнялись в лаборатории ФГБУ «Станция агрохимической службы «Самарская», имеющей «Аттестат аккредитации испытательной лаборатории (центра) в системе аккредитации аналитических лабораторий (центров)» (№РОСС RU.0001.510565, выдан 10.08.2016 г., дата внесения сведений в реестр аккредитованных лиц 22.04.2015 г.). Результаты лабораторных анализов образцов почв из разрезов и смешанных образцов почв, взятых на нарушенных и загрязненных почвах, сравнивались с показателями фоновой почвы. Химизм и степень засоления почв определялись по данным анализа водной вытяжки. Тип засоления определяется составом анионов и катионов в характеризуемом слое или горизонте по классификации Н. И. Базилевича и Е. И. Панковой [5, 6]. Результаты исследований. Исследуемые почвы относятся к переходной степной полосе Заволжья (междуречье рек Большой Кинель и Самара), представлены черноземом обыкновенным карбонатным слабогумусированным маломощным среднесмытым среднещебневатым среднеглинистым и смытыми и намытыми почвами балок. Содержание гумуса в верхнем горизонте описанных почв составляет 2,8-3,2%, мощность гумусового горизонта - 25-35 см (табл. 1). Таблица 1 Агрохимические фоновые показатели почвы, подвергшейся нефтяному загрязнению Почва Содержание гумуса, % Мощность гумусового горизонта, см рН солевой вытяжки Физическая глина, % Емкость поглощения, мг/экв на 100 г почвы Подвижные формы, мг на 100 г почвы (по Мачигину) Р2О5 К2О Чернозем обыкновенный карбонатный слабогумусированный маломощный среднесмытый среднещебневатый среднеглинистый 2,8 35 7,4 73,0 37,9 58 144 Смытые и намытые почвы балок 3,2 25 6,9 22,0 - 137 186 Реакция почвенной среды верхнего горизонта нейтральная и слабощелочная. Обеспеченность пахотного слоя для зерновых культур подвижными формами фосфора средняя и повышенная (58-137 мг/кг почвы), обменным калием - высокая и очень высокая (144-186 мг/кг почвы). Основываясь на полученной картине солевого режима почв (табл. 2), можно сделать вывод, что на исследуемом участке в формировании солевого режима почвы принимают участие анионы: Cl-, SO42-, HCO3-, и катионы: Na+, Мg2+ и Са2+. На глубине 0-20 см величина плотного остатка - 1,024%, на глубине 40-50 см - 0,80%, в смешанном образце - 1,1%. По классификации почв по степени засоления и в зависимости от химизма солей почвы участка отнесены к очень сильнозасоленным. Таблица 2 Классификация почв участка по степени засоления в зависимости от состава солей Глубина взятия образца, см Степень засоления Разделение засоленных почв по химизму (отношение Cl- : SO42->1) Тип (химизм) засоления, степень солонцеватости порог токсичности (незасоленные почвы) слабозасоленные среднезасоленные сильнозасоленные очень сильнозасоленные *Градация менее 0,1 менее 0,3 0,1-0,2 0,3-0,9 0,2-0,4 0,9-2,8 0,4-0,8 2,8-6,5 более 0,8 более 6,5 10-20 1,024 13,64 13,64:0,10=136,4 Хлоридный, остаточно-натриевые (содержание Na от емкости поглощения 7%) 40-50 0,8 9,54 9,54:0,12=79,5 Хлоридный 3 с** (0-20) 1,1 14,09 14,09:0,66=21,3 Хлоридный, малонатриевые (содержание Na от емкости поглощения 20%) Примечание: * - в числителе величина плотного остатка (%), в знаменателе - содержание анионов Cl- (ммоль на 100 г почвы); ** - «с» - смешанный образец. По соотношению анионов Cl- и SO42- (более единицы) тип (химизм) засоления - хлоридный. Для хлоридного типа засоления минимальный порог токсичности (величина плотного остатка), при котором почва считается не засоленной, менее 0,1%. По содержанию аниона Cl- в водной вытяжке почвы участка отнесены к очень сильнозасоленным. Допустимое содержание Cl- в незасоленных почвах менее 0,3 ммоль на 100 г. Преобладающей в растворе водной вытяжки является соль NaCl - самая токсичная по воздействию на растительность. При длительном испытании почвы наличием данных солей происходит процесс осолонцевания. Содержание нефтепродуктов (табл. 3) на участке на глубине 0-20 см - 691-5048 мг/кг, на глубине 40-50 см - 498 мг/кг. Уровень загрязнения почв нефтепродуктами - от допустимого до очень высокого. Таблица 3 Степень загрязнения нефтепродуктами Глубина взятия образца, см Нефтепродукты, мг/кг Уровень загрязнения почв нефтепродуктами 0-20 691 допустимый 40-50 498 допустимый 3 с* (0-20) 5048 очень высокий 4 с (0-20) 3330 высокий 2 ф** 89 фоновый Примечание: * - «с» - смешанный образец; ** - «ф» - образец взят на фоновой ненарушенной почве. Результаты анализов агрохимических показателей почв показали, что содержание органического вещества в виде гумуса на загрязненном участке на глубине 0-20 см превышает значение на фоновых землях в 2,14 раза (табл. 4). Значительное увеличение содержания органического углерода в почвах связано с поступлением углерода нефти [4]. Реакция среды почвенного раствора на обследованном участке нейтральная и слабощелочная (рН 6,0-7,1), на фоновой почве - нейтральная (рН 6,0). Содержание валовых форм тяжелых металлов: Pb - 11,1 мг/кг, Hg - 0,015 мг/кг. Значения находятся в пределах ПДК (ОДК). Рекультивация почв при ликвидации последствий нарушения почвенного покрова на площади 8075 м2 состоит из технических и биологических мероприятий. Технический этап рекультивации на загрязненном участке предусматривает следующие мероприятия: дискование земель на площади 0,8075 га; зачистка загрязнений механизированным и ручным способом; откачка 4 м3 жидкости при помощи автоматизированной канализационной насосной станции (АКНС) (место утилизации - нефтеналивная станция переработки (ННСП)); вывоз 632 м3 загрязненного грунта (место утилизации - пункт переработки нефтяных отходов (ППНО) «Кулешовская»); завоз 70 м3 чистого грунта. Противоэрозионные мероприятия: создание кольматирующих насаждений (илофильтров); строительство водоотводной вал-канавы. Таблица 4 Агрохимические показатели нарушенных и загрязненных почв Номер и обозначение почвенного образца Нарушенные загрязненные почвы Ненарушенные почвы Глубина отбора, см рН солевой вытяжки Содержание гумуса, % Номер и обозначение почвенного образца* рН солевой вытяжки Гумус, % 1 р* 0-20 6,0 3,6 3 с** 0-20 7,0 6,2 4 с 0-20 7,1 4,3 2 ф*** 6,1 2,9 Примечание: * - «р» - почвенный образец взят с разреза; ** - «с» - смешанный образец; *** - «ф» - образец взят на фоновой ненарушенной почве. Биологический этап направлен на закрепление поверхностного слоя почвы корневой системой растений, создание сомкнутого травостоя и предотвращение развития эрозии почв на загрязненных и нарушенных землях. Разработаны два этапа биологической рекультивации земель. Агротехнический этап направлен на улучшение химических и физических свойств загрязненных земель, включает комплекс мероприятий механической мелиорации загрязненного участка: внесение органических удобрений (80 т/га) на участке площадью 0,8075 га. За счет проведения интенсивного рыхления удается резко снизить количество углеводородов. Это свидетельствует о достаточно большом потенциале почв к самовосстановлению и о высокой эффективности рыхления в первый период после загрязнения. Все мероприятия по механической мелиорации должны быть проведены поконтурно (поперек склона) с целью соблюдения природоохранных мероприятий. Фитомелиоративный этап рекультивации включает внесение минеральных удобрений (табл. 5) с нормой внесения 4,5 ц/га с одновременным посевом многолетних трав, прикатывание почв до и после посева. Таблица 5 Расчет потребности в материалах для проведения мероприятий по рекультивации нефтезагрязненных почв Норма внесения и высева Потребность Органические удобрения, т/га Минеральные удобрения, ц Семена многолетних трав, кг/га Органические удобрения, т Минеральные удобрения, ц Семена многолетних трав, кг нитрофоска пырей житняк донник нитрофоска пырей житняк донник 80 4,5 10 10 10 64,6 3,63 8,075 8,075 8,075 На основании полученных результатов проведен расчёт стоимости затрат на проведение рекультивации и природоохранных мероприятий (табл. 6). Средняя кадастровая стоимость сельскохозяйственных угодий в составе земель сельскохозяйственного назначения муниципального района Кинельский составляет 27,7 тыс. руб. за один гектар. Таблица 6 Показатели общей экономической эффективности капитальных вложений на проведение рекультивации (в ценах 2020 г.). № Показатель Единицы измерения Количественное значение показателей 1 Рекультивируемая площадь (почвы пастбищ), всего га 0,8075 2 Эколого-экономический результат тыс. руб. 22,37 3 Капитальные вложения (К. В.) на рекультивацию: - технический этап - биологический этап тыс. руб. 3,74 тыс. руб. 183,91 4 Общие затраты на рекультивацию, всего тыс. руб. 187,65 5 Эффективность капиталовложений на рекультивацию 0,12 Заключение. Почвенный покров кормовых угодий в разной степени загрязнен нефтепродуктами, содержание органического вещества на нефтезагрязненных почвах увеличивается за счет углерода нефти, реакция среды почвенного раствора сдвигается в щелочную сторону, почвы засолены в сильной степени, тип засоления хлоридный. Содержание подвижных форм тяжелых металлов (Pb, Hg) находится в пределах ПДК. На основании агрохимических исследований на загрязненном участке кормовых угодий (пастбищ) площадью 0,8075 га рекомендовано два способа восстановления земель: технический - дискование (улучшается аэрация почвы, что снижает содержание нефтепродуктов и улучшает агрофизические свойства), зачистка загрязнений механизированным и(или) ручным способом, откачка жидкой фракции нефти (при проведении данных мероприятий значительно снижается токсическое действие нефти и пластовой воды); биологический - агротехнические мероприятия по восстановлению почв (направлены на улучшение химических и физических свойств загрязненных земель), посев многолетних трав. Кроме того, противоэрозионные мероприятия: создание кольматирующих насаждений (илофильтров) для сдерживания развития процессов эрозии на смытых почвах; строительство водоотводной вал-канавы для отвода от участка кормовых угодий засоленных и загрязненных вод.

About the authors

N. M. Trots

FSBEI HE Samara State Agrarian University

Email: troz_shi@mail.ru
Doctor of Agricultural Sciences, Professor of the Department of «Land Management, Agro-Chemistry and Soil Science» Samara region, settlement Ust-Kinelsky

O. V. Gorshkova

JSC «Volga Research and Engineering Institute for Land Management»

Email: we-so63@rambler.ru
andidate of Agricultural Sciences, Leading Engineer Samara

References

Supplementary files