Введение к работе
Актуальность проблемы. В условиях постоянного увеличения антропогенных нагрузок на биосферу планеты, решающим фактором формирования природной среды Южного Урала и Предуралья становится техногенез. Этот регион вместе с Большим Уралом относится к регионам, находящимся на грани экологического кризиса. Подлинные масштабы и последствия экологических бедствий еще предстоит оценить, но уже выявленные факты и тенденции внушают большие опасения.
Южный Урал и Предуралье в пределах Республики Башкортостан в промышленпо-экономическом отношении - это один из наиболее развитых регионов России, в пределах которого благодаря богатым природным ресурсам возник ряд крупных горнодобывающих, нефтегазодобывающих, нефтеперерабатывающих, нефтехимических и химических комплексов. Здесь расположены крупные нефтяные месторождения, эксплуатирующиеся в течение 40-70 лет. В последнее время для повышения нефтеотдачи пластов широко используется нагнетание в пих попутных рассолов, промышленных стоков и пресной воды, а также кислотные, тепловые и другие методы воздействия. Эти мероприятия позволили дополнительно извлечь из земных недр несколько десятков миллионов тонн нефти. Вместе с тем, они ведут к истощению и загрязнению природных ресурсов (почвы, пресных подземных и поверхностных вод).
Деградация земель наносит огромный экономический ущерб, нарушает сложившееся экологическое равновесие и ухудшает социальные условия жизни людей. Техногенно нарушенные земли являются экологически опасным природным объектом, так как перестают выполнять природно-хозяйственные функции и могут инициировать процессы общей деградации земной поверхности и природно-климатических условий. Техногенная деградация почв в регионе приобретает угрожающие размеры. Происходит эрозия почв, уменьшение запасов гумуса, складывается отрицательный баланс элементов питания растений. Почвы загрязняются нефтепродуктами, нефтепромысловыми и сельскохозяйственными сточными водами и др. Деградационные процессы зачастую развиваются на мелиорированных землях — орошаемых и осушенных. Все это ведет к значительному уменьшению плодородия почв, снижению биопродуктивпости и ухудшению качества сельскохозяйственных культур.
Для принятия своевременных и адекватных мер по предупреждению деградации и разработки экологически приемлемых и экономичных способов рекультивации техногенно нарушенных земель необходима комплексная оценка их эколого-мелиоративного состояния.
Цель работы - выяснение закономерностей формирования природной среды (почв и подземных вод) при воздействии техногенных факторов и разработка методов восстановления деградированных природно-техногенных комплексов.
Задачи исследований:
-
Изучить влияние нефтедобычи на состояние почв и подземных вод.
-
Дать оценку эколого-мелиоративного состояния орошаемых земель.
3. Изучить влияние различной длительности и режимов орошения на
состояние почв Южной лесостепной зоны.
4. Составить прогноз гидрогеохимического состояния и
гидрогеодинамических условий мелиорируемых земель.
5. Изучить влияние горно-рудного комплекса на экологическое состояние
почв и подземных вод.
6. Исследовать сырьевые ресурсы агрономических руд республики
Башкортостан и возможность их использования для мелиорации и
рекультивации почв.
7. Разработать систему мероприятий по рекультивации почв,
загрязненных нефтепромысловыми сточными водами.
8. Дать агроэнергетическую и экономическую оценку рекультивации
техногенно-нарушенных земель.
Научная новизна:
- впервые на Южном Урале и в Предуралье проведены комплексные
эколого-мелиоративные исследования с целью оценки техногенной нагрузки на
природную среду при различных видах хозяйственной деятельности;
- установлено, что наиболее интенсивные и широкомасштабные
техногенные эколого-гидрохимические аномалии связаны с
нефтедобывающими и горно-промышленными районами, в которых полностью
утрачена естественная связь геохимических параметров, свойств почв и
подземных вод с их литолого-минералогическими особенностями;
-. показано, что вследствие законтурного обводнения продуктивных пластов и интенсификации перетоков между отдельными водоносными комплексами повышается минерализация подземных вод, исходный гидрокарбонатно-кальциевый состав трансформируется в преимущественно хлоридно-натриевый и хлоридно-кальциево-натриевый. В зоне влияния этих вод, а так же при наземных авариях происходит трансформация поверхностных вод, ночв и пород, что определяет критический и катастрофический уровень экологического состояния этих регионов;
- впервые для горно-рудного региона дана экологическая оценка
химического состава подземных и поверхностных вод, а так же почв по трем
классам токсичности, определен вклад отдельных элементов в суммарный
показатель загрязнения;
выполнен, с применением математических методов, прогноз изменений гидрогеохимических и гидрогеодинамических условий мелиорируемых земель;
впервые обоснована для условий Предуралья возможность применения для орошения вод повышенной минерализации (до 2-3 г/дм ). Практически доказано, что при глубоком залегании подземных вод и наличии дренажа использование оросительных вод сложного химического состава (сульфатного кальциевого, хлоридного натриевого и пр.) не вызывает засоления грунтов и резкого ухудшения гидрогеолого-мелиоративной обстановки. Вместе с тем выявлен механизм и показана возможность содово-сульфатного засоления при орошении овощных культур маломинерализованной водой в условиях
повышенной испаряемости в межполивной период при наличии карбонатов и сульфатов кальция и магния в почвообразующей породе.
Основные положения, выносимые на защиту: 1. Эколого-мелиоративное состояние земель на Южном Урале наряду с традиционными антропогенными воздействиями, связанными с с/х производством, определяется техногенезом, в первую очередь добычей, транспортировкой и переработкой полезных ископаемых, увеличением объема разнообразных отходов, в том числе отвалов горно-рудного комплекса и нефтепромысловых поллютантов. 2. Типологическая систематика техногенно-нарушенных земель в районах нефтедобычи. Факторы деградации, типы, виды и формы ее проявления. 3. Состояние орошаемых земель: водные ресурсы, агроэкологические свойства почв в зависимости от качества воды, длительности и режимов орошения, прогноз изменения уровня грунтовых вод. 4. Влияние горно-рудного комплекса на компоненты окружающей среды: породы, почвы, подземные и поверхностные воды. 5. Рекультивация земель, загрязненных нефтепромысловыми сточными водами, с использованием природных, химических и фитомелиорантов и их агроэнергетическая и экономическая оценка.
Реализация результатов исследований и практическая значимость. Основные результаты исследований вошли в «Рекомендации по сохранению и повышению плодородия почв Республики Башкортостан на 2001-2005 годы на основе адаптивно-ландшафтного земледелия» (Уфа, 2000); «Возделывание кормовых культур на орошаемых землях Башкортостана» (Рекомендации..., Уфа, 2002г.); «Новая технологическая схема очистки подотвальпых вод месторождения Куль-Юрт-Тау» (Разработка..., М., 2005г.).
Результаты исследований гидрогеохимического состояния орошаемых сточными водами земель в совхозе "Рощинский" легли в основу Постановлений Совмина Башкортостана и Минсельхоза республики по выработке рациональных методов утилизации стоков животноводческих комплексов. Ряд рекомендаций объединением «Башводмелиорация» и институтом "Башгипроводхоз" используется при эколого-мелиоративном обосновании проектов строительства водохранилищ на малых реках для водоснабжения, орошения, противоэрозионных и прочих целей. На основе результатов исследований проводятся восстановительные работы на осушенных землях в СХК «Кызыл-Тан» и «Кама», строительство придорожных кюветов с водопропускными сооружениями, рекультивация пирогенно-деградированных земель.
Под руководством автора, с целью изучения процессов испарения, инфильтрации, а также взаимодействия в системе почва-порода-вода, впервые на Южном Урале построена водно-балансовая стапция. Результаты исследований автора используются при чтении курса "Мелиорация, рекультивация и охрана земель" в Башкирском Госагроуниверситете.
Апробация работы. Основные результаты исследований докладывались на международных - «Геоэкология в Урало-Каспийском регионе» (Уфа, 1996), «Экватек-2006» (Москва, 2006), «Проблемы ресурсов и геоэкология» (Пенза,
2006), «Мир чистой воды — 2006» (Москва, 2006), «Земельные ресурсы: состояние и перспективы использования» (Ставрополь, 2006), «Проблемы ресурсов и геоэкология» (Пенза, 2006); всероссийских — «Управление устойчивым водопользованием» (Москва — Екатеринбург, 1997), «Экология, здоровье и природопользование» (Саратов, 1997), «Лизиметрические исследования почв» (Москва, 1998), «Уралэкология. Природные ресурсы -2005» (Уфа - Москва, 2005) и региональных — «Проблемы агропромышленного комплекса на Южном Урале и Поволжье» (Уфа, 1997), «Экологический императив сельского хозяйства Республики Башкортостан» (Уфа, 1998), «90 лет мелиорации земель в Республике Башкортостан» (Уфа, 2004), «Агро - 2006» (Уфа, 2006), «Почвы Южного Урала и Среднего Поволжья: экология и плодородие» . (Уфа, 2006) совещаниях, конференциях и симпозиумах. Основные положения отражены в 45 публикациях, в т.ч. 3 монографиях.
Исходные материалы. В основу работы положены результаты многолетних (1990-2005 гг.) мелиоративных, почвенно-геохимических и других исследований, проведенных в Башкирском государственном аграрном университете. Институтах биологии и геологии УНЦ РАН, ГУЛ Управлении "Башмелиоводхоз". Аналитические работы выполнены в лаборатории почвоведения Института биологии Уфимского научного центра РАН, Башкирской гидрогеологомелиоративной партии, ГУП Управлениях "Башмелиоводхоз", "Башгипроводхоз".
Объекты и методы исследований. Для решения поставленных задач применялись: 1) анализ и обобщение материалов эколого-мелиоративных исследований; 2) специализированные полевые исследования с постановкой буровых, опытных, лабораторных, экспериментальных работ. 3) физико-химическое моделирование процессов взаимодействия в системе порода-вода в техногенно нарушенных условиях; 4) математическое моделирование и графоаналитические исследования.
В связи со специфическими особенностями выполняемой работы в маршрутных исследованиях выбирались почвенные разности, с видимыми признаками техногенного воздействия, ими явились: автоморфные почвы -серые лесные и черноземы выщелоченные, гидроморфные и болотные почвы в естественном состоянии и осушенные.
Почвенные разрезы закладывали на участках с характерными признаками нарушенности, при необходимости и возможности - на аналогичных фоновых почвах. Образцы отбирали из основных генетических горизонтов, в гидроморфных почвах - до активного выхода грунтовых вод, в загрязненных -до глубины проникновения поллютантов.
Подземные и подотвальные воды отбирались из естественных выходов и режимных скважин. Пробы отвальных грунтов отбирались методом бурения скважин, средний образец составлялся из 5 повторностей.
Почвенные обследования, лабораторные и полевые опыты, аналитические исследования и анализы проведены по стандартным методикам. Обработка материалов выполнена с использованием методов математической статистики.
Структура и объем работы. Диссертация изложена на 376 страницах, состоит из введения, 9 глав, выводов и предложений производству, включает 79 таблиц, 61 рисунок. Список литературы включает 570 наименований, в том числе иностранных - 61.
Конкретное личное участие автора в получении научных результатов. Диссертационная работа основана на многолетнем экспериментальном полевом и лабораторном материале и анализе литературных данных. Автором определены выбор темы, цель и задачи, подготовлена программа исследований. Все полевые и лабораторные исследования проводились при непосредственном участии автора и совместно с сотрудниками кафедры природообустройства БГАУ и лаборатории почвоведения Института биологии УНЦ РАН. Автором лично выполнен анализ и обобщение полученных результатов.
Диссертационная работа выполнена на кафедре природообустройства Федерального государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Башкирский государственный аграрный университет». При проведении исследований постоянный интерес и поддержку многие годы оказывали доктор геолого-минералогических наук, профессор, академик Международной академии наук экологии, безопасности человека и природы Р.Ф. Абдрахманов, доктор биологических наук, профессор И.М. Габбасова, которым автор считает своим приятны долгом выразить глубокую благодарность. Автор признателен также всем своим коллегам по совместной работе в разных организациях за советы, внимание, помощь в сборе, обработке и анализе материалов.
