Введение к работе
Актуальность темы. Вторая половина XX века характеризуется максимальным усилением антропогенных воздействий на педосферу. По данным международных организаций пахотно-пригодный фонд Земли составляет всего около 3-3,5 млрд. га, из них почти 2 млрд. га в той или иной степени подвержены деградации, в результате развития которой ежегодно теряется около 7 млн га.
Современное состояние почвенного покрова Республики Башкортостан (РБ) в целом оценивается как неудовлетворительное, а в ряде его промышленно-развитых зон - кризисное и даже катастрофическое. Водной и ветровой эрозии подвержено 64% сельскохозяйственных угодий, расширяется ареал переувлажненных и заболоченных почв, увеличиваются площади техногенно(ТГ)-нарушенных земель.
В Приуралье республики открыто около 200 месторождений нефти и газа, более 150 из них разрабатывается. Обычно на нефтепромыслах теряется до 3,5% добываемой нефти. В системе «Башнефть» протяженность эксплуатационных трубопроводов составляет около 30 тыс. км. При аварийных выбросах на почву попадает от 45-103 до 5032-16300 м3 рассола, 2-5 т нефти, загрязняя до 72 тыс. м2 поверхности в год.
Эксплуатация нефтяных месторождений в РБ в течение 20-60 лет привела к загрязнению и деградации почв, следствием чего явилось выпадение из хозяйственного землепользования значительных площадей плодородных земель, падение урожайности сельскохозяйственных культур, уменьшение продуктивности лесов и лугов и загрязнение грунтовых вод.
Поскольку на современном уровне развития нефтедобывающей промышленности не представляется возможным исключить ее общее воздействие на окружающую среду, возникает необходимость разработки специализированных методов и технологий восстановления почв загрязненных нефтью, нефтепродуктами (НП) и высокоминерализованными нефтепромысловыми сточными водами (НСВ). В настоящее время в мировой практике имеется широкий спектр приемов рекультивации. В связи с разнообразием почвенно-климатических условий, физико-химических свойств добываемой нефти и НСВ и стоимости мероприятий по рекультивации, проблема поиска оптимальных и адаптированных к конкретным условиям методов остается весьма актуальной. Особое значение приобретает разработка целостной концепции оценки степени восстановленное почвы не только по принятым нормативам содержания поллютантов и урожайности культур, но и комплексу свойств почв, определяющих ее плодородие и агроэкологические функции.
Вместе с тем для выбора адекватных мер по сдерживанию деградационных процессов и методов рекультивации наряду с выявлением основных факторов деградации почв, вызывающих конкретные типы, виды, формы проявления и площади их распространения, необходима объективная диагностика и разработка оценочных критериев степени деградации почв.
Цель и задачи исследований. Пелыо исследований является выявление закономерностей трансформации комплексе свойстЦЗтотедодэд-вддцеиствчи ос"
о$-Ж$3
Моск. сельскодо-з. академии
им. К. А. Тимирязева
Инв. №.. ______
новных факторов деградации на территории Респчблики Башкортостан, оценка состояния деградированных почв до и посте рекультивации, поиск экологически обоснованных методов их мелиорации и рекультивации В соответствии с целью исследований были поставлены следующие задачи
-
Выявить распространение и основные факторы деградации почв в регионе Южного Приуралья, установить типы, виды и формы проявления леградации
-
Изучить впияние изменения гидрологических условий на свойства и режимы почв (при строительстве линейных сооружении, осушении и орошении)
-
Изучить воздействие техногенных поллютантов в районах нефтедобычи (товарной и сырой нефти, высокоминерализованных нефтепромысловых сточных вод) на свойства почв и состав фунтовых вод
-
Разработать методы и технологию рекультивации почв, загрязненных НСВ, нефтью и нефтешламом
-
Лать оценку состояния почв рекультивированных через десятки лет после іа^рязнения сырой нефтью
о Разработать cucrcvv оценки деградированных почв
Научная новизна исследований. Впервые для >сшвии (Одного Ириура-лья составлена типологическая систематика деградированнь х почв и предложены критерии оценки состояния деградированных почв
На основании „налим причин нарушения земель и распространения легра-дации почв но материалам аэрофотосъемки и наземных исследований территория РБ районирована по степени экологической напряженности
Впервые в регионе проведены комплексные почвенные и гидрохимические исследования с целью оценки влияния гсхногенеза на процессы, протекающие в почвах естественных и сельскохозяйстченных экосистем Выявлено развитие ка-I строфической деградации почв и грунтовых вол обусловленное в перв\ю оче редь перетоком и перемешиванием высокоминерализованных рассолов и подзем-III їх вол при н^ф едобычо на Гуймазинеком месторождении и окально - на Шкалов,_ком и ірміпе Арланеких Показано что линейные сооржения, Пересе кающие поверхностный сток в mix условиях способетв\ют совмещению пронес сов заболачивания аккумуляции мелкозема и загрязнителей
Изучение техногенного галогенеза в почвах стенной и лесостепной юн Южного Приуралья показало, что д"я первых наиболее характерно постепенное нарас тание концентрации солеи а для вторых (в условиях периодически промывного и промывного водного режима) — вектор обратный Загрязнение чернозема типичного до уровня 4% содержания солей в течение двух месяцев не приводит к су шест-венной перестройке почвенного noi тощающего комплекса (ГШК) и изменению его физико-химических свойств Но при нарастании концентрации солей НСВ в почве незазист^о от типовой принадлежности происходит деградация ПИК, увеличивается подвижноетт органического вещества, возрастает количество минерального азота с преоб юданисм аммонийной формы, ингибир\ется процесс нитрификации снижается содержание подвижного фосфора и повышается - калия
Наиболее е>атеСтвсннос воздействие НСВ оказыьают на биогенноегь го I-вы в зоне стресса подавляется ишенсивноеть )миссин СО; и существенно снижается ферментативная активность почв Степень now» ения активности фер-
ментов при засолении проявляется в следующем убывающем порядке: уреаза -
инвертаза - фосфатаза - дегидрогеназа - каталаза, что можно использовать для
диагностики уровня ТГ-засоления. ,,.... ,
В черноземах выщелоченных после транзита НСВ (М=193 г/л) накапливав ется на 1,5-2% больше солей по сравнению с серыми лесными, а в условиях последующего капиллярного насыщения — на 3,8-4,4%, соответственно. Вместе с тем чернозем выщелоченный быстрее восстанавливается и после проведения рекультивации его фитотоксичность почти нулевая.
Установлено, что при ТГ-засолении наряду с ионнообменными процессами имеет место сверхэквивалентное поглощение катионов.
Новым подходом в рекультивации сильнозасоленных почв является предложение по отмыванию солей перед, а не после их гипсования.
Впервые в условиях Приуральского нефтедобывающего региона разработана технология рекультивации серых лесных почв с высоким содержанием товарной (обессоленной и обезвоженной) нефти в течение одного вегетационного периода. Показана возможность замены биопрепаратов биостимуляторами аборигенной микрофлоры при содержании нефти в почве не превышающим 5%. Выявлены оптимальные условия реализации биологических методов для деструкции нефтяного шлама при загрязнении им серой лесной почвы. Изучено состояние серых лесных почв после 15 и 30 летнего загрязнения сырой нефтью (обводненной НСВ) и изменение комплекса их свойств в результате рекультивации. Показана необходимость гипсования в сочетании с биологическими методами деструкции НП.
Научная новизна разработанного способа очистки почв от нефти и способа обработки нефтяных шламов подтверждается патентами.
Основные положения, выносимые на защиту:
-
Распространение, факторы, типы, виды, формы проявления деградации почв в регионе Южного Приуралья. .
-
В районах катастрофического и кризисного развития деградации почв ведущими факторами являются — эрозионный (ТГ), химический и гидрологический; основными типами — физическая или механическая деградация, загрязнение, засоление, осолонцевание, заболачивание, истощение и иссушение: видами — уменьшение мощности и перемешивание генетических горизонтов, хлоридно-натриевое поверхностное и глубокопрофильное засоление, сплошное и очаговое высоконатриевое осолонцевание, углеводородное загрязнение (сырой и товарной нефтью, НП и шламами), переувлажнение и заболачивание, в том числе вторичное ранее осушенных почв, пирогенез с полной и частичной утратой торфа, дегу-мификация, дефицит элементов питания, подкисление и подщелачивание, снижение численности видового разнообразия микроорганизмов и активности ферментов. ..
-
Уровень техногенной деградации почв в районах нефтедобычи зависит от количества поступивших поллютантов, их состава, давности загрязнения, природно-климатических условий и в меньшей степени — от генетического типа почвы: ', > ;
4: Рекультивация ТГ-засоленных и осолонцованных почв достигается с по-
мощью комтекса агротехнических и ме шоративных мероприятий, в том чисте прочь вки, гипсования, внесения минеральных и органических удобрений, специальных адсорбентов, проводимых в определенном сочетании и последовательности
5 Биологическая рекультивация почв, загрязненных товарной нефтью,
возможна за 1-2 регетационных периода только при сочетании комплекса агро
технических мероприятии, биодополнения и биостимуляции При загрязнении
почв в пределах 5 о эффективна замена дорогостоящих биопрепаратов биостиму-
іяциеи абори'еннои микрофлоры
6 Достижение норматива по содержанию НП при рекучьтивации почв за
грязненных сырой нефтью, не приводит к восстановлению комтекса свойств
почв, определяющих ее агроэкологические функции Самовосстановление почв
(до исхочного состояния) загрязненных высокочинерапизованными НСВ, сырой
нефтью и шламом не происходит, полное самоочищение от товарной нефти -
проблематично
Практическая шачнмость и реализация рсзульлатов исследований. На основе результатов исследовании, проведенных совместно с институтом Баш-НИПИнефть, разработаны и внедрены «Технологаческип регламент на процесс рекультивации промежуточных нефтешламовых амбаров РД 39 001472275 031-47 Уфа БашНИПИнсфль, 1948 32 с » и Руководящий документ «Проведение рекультивации техногсннонарушенных земель при добыче нефти» РД 39-00147275-(1^6-2000 БашНИПИНефть Уфа 2000 102 с
В cooibvTctbhh с речомсндациями разрабоганнь ми совместно с ГУП ПСО «Башводчелиорация» ведутся восстановительные работы магистральных каналов на осушенных <емчя\ в СХК «Кызыл-Тан» и «Кама>\ строительство придорожных кюветов с водопропускными сооружениями, реку їм ивация пирогенных земель
Материалы исследован їй исполы>ются в учебном процессе при чтении курса «Мелиорация и реку льтивация земель» на факультете «Прироаообустрои-ство» Башкирского государственного аграрного университета
Апробация работы Основные положения диссертации доложены и оп\б-зикованы в материалах Международных конференции «Проблемы антропогенного почвообразования (Москва, 1497), «Генезис, география и экология почв» (Львов, 149Q) Сьминар презентации инновационных научно-технических проек тов «Биотехнологии 2000» (Пущине 2000), Всесоюзных и Всероссийских конференции «Улучшение водно-физических свойств почв в целях повышения их пло-дородия» (г Харьков 1977), «Проблемы минерализации и эрозии торфа» (Минск 1979) «Проблемы защиты окружающей среды в предприятиях нефтепереработки и нефтехимии» (Уфа 1997) «Управление устойчивым водопользованием» (Ька-геринбург, 1947) «Почва, жизнь, благосостояние» (Пенза, 2000), «Отходы 2000» (Уфі 2000) OkiunioitxHO югич борьба с нефтяным загрязнением окружающей среды» (Нущино, 2001), VI, VIII съездах ВОП (Гоичиси, 1481, Новосибирск 1989), юбилейного Юседания Башкирского отделения ВОП АН СССР (Уфа 1983) II и III съездов почвоведов России (Санкт-Петербурі, 1996, Москва, 2000) Региональных конференции по проблемам генезиса, рационального испопьзова-
5 ния, повышения плодородия и антропогенной эволюции почв (Уфа, 1982, 1989, 1996, 1998,' 1999; Казань, 1997,2000).
Основные положения диссертации отражены в 62 публикациях, в т.ч. в 4-х
монографиях. ' " ' -
Объекты и методы исследований. В связи со спецификой настоящей работы, объектами исследований явились практически все почвы, сформированные на территории республики Башкортостан. Преимущественное внимание уделено почвам, залегающим на территории основных нефтедобывающих районов в Северной лесостепной, Южной лесостепной и Предуральской степной зонах, где изучались автоморфные (светло-серые, серые и темно-серые лесные почвы, черноземы выщелоченные, типичные и оподзоленные) и гидроморфные почвы (аллювиальные, болотные, влажно-луговые, лугово-черноземные).
Экспериментальная работа выполнялась маршрутно-полевым, стационарно-полевым, микрополевым и лабораторно-аналитическими методами.
Почвенные разрезы закладывали на участках с характерными признаками нарушенности, при необходимости и возможности — на аналогичных фоновых почвах. Образцы отбирали из основных генетических горизонтов, в гидроморф-ных почвах - до активного выхода грунтовых вод, в загрязненных — до глубины проникновения поллютантов.
Лабораторно-аналитические исследования проводились в соответствии с
общепринятыми в почвоведении (в том числе в почвенной микробиологии) мето
дами. .
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, девяти глав, выводов и рекомендаций производству. Она включает 453 страницы текста, 97 таблиц, 17 приложений, 41 рисунок, 16 фотографий, список цитированных работ общим числом 417, втом числе 83 на иностранных языках.