Содержание к диссертации
Введение
1.Литературный обзор 7
1.1 .Экология нефтезагрязненных земель 7
1.1.1 .Влияние нефти на содержание гумуса и почвенную биоту 8
1.1.2.Влияни е нефтезагрязнения на агрофизические свойства 12
1.1.3.Изменение агрохимических свойств почвы при нефтезагрязнении 15
1.1 4. Рост и развитие растений на нефтезагрязненых участках 19
1.1.5.Процессы, происходящие с нефтью в почве 23
1.2.Рекультивация нефтезагрязнненых земель 29
1.2.1. Физические методы рекультивации нефтезагрязненых земель 30
1.2.2. Физико-химические методы рекультивации нефтезагрязненых земель 33
1.2.3.Биологические методы рекультивации нефтезагрязненых земель 35
1.2.4.Химические методы рекультивации нефтезагрязненых земель 40
1.2.5.Рекультивация почв, засоленных и осолонцованных при загрязнении нефтепромысловыми сточными водами 42
2. Условия, схема и методика проведения опытов 46
2.1.Почвы 46
2.2.Климат 46
2.3. Погодные условия 48
2.4.Схема опыта 54
2.5. Методика исследований 55
З. Влияние нефтезагрязнения на плодородие почвы 56
3.1 Плотность почвы 58
3.2 Структурное состояние почвы
3.3. Водопроницаемость почвы 71
3.4. Гумус и питательные вещества 75
3.5 Влияние нефтезагрязнения на солевой режим почвы 83
4. Восстановление плодородия чернозема рекультивацией после загрязнения нефтепродуктами 87
4.1 .Технология рекультивации нефтезагрязненных земель 87
4.2. Технология восстановления плодородия почвы, загрязненной нефтью и пластовыми водами 89
4.3.Разрыхление почвы после рекультивации 91
4.4.Восстановление структуры почвы при рекультивации 96
4.5 .Увеличение водопроницаемости 100
4.6.Воздействие рекультивации на органическое вещество почвы 103
4.7.Воздействие рекультивации на содержание питательных веществ в почве 105
4.8.Влияние рекультивации на сумму обменных оснований 109
4.9.Изменение солевого режима почвы под действием рекультивации 113
5 .Урожайность культур на рекультивированных земля
6. Энергетическая и экономическая эффективность рекультивации нефтезагрязненных земель 120
6.1 .Энергетическая эффективность 120
6.2.Экономическая эффективность 125
Выводы 130
Предложения производству 132
Список литературы 133
- Рост и развитие растений на нефтезагрязненых участках
- Погодные условия
- Гумус и питательные вещества
- Технология восстановления плодородия почвы, загрязненной нефтью и пластовыми водами
Введение к работе
Актуальность темы. Рост антропогенной и техногенной нагрузки на агроландшафт при полном прекращении работ по сохранению и повышению плодородия почвы привело к быстрому развитию деградации почвенного покрова.
Кроме падения почвенного плодородия от неправильного сельскохозяйственного использования пашни широкие масштабы приобрело загрязнение почв продуктами антропогенной и техногенной деятельности, куда можно отнести загрязнение ландшафта промышленными отходами, нефтепродуктами и сопутствующими им веществами. Широкие масштабы приобрело загрязнение земель при добыче нефти, ее транспортировке, повреждении нефтепроводов и т.д.
Из техногенного загрязнения сельхоз угодий наиболее распространено загрязнение от нефтедобычи и транспортировки нефти.
В мире ежегодно теряется 45-50 млн. т нефти и нефтепродуктов. В России потери нефти составляют 3 млн. т ежегодно или 1,2 % от ее добычи (Г.Г. Кузяехметов, Р.Г. Минибаев, Р.Н. Гимаев, 1985; Я.М. Амосова, С.Я. Трофимов, Н.И. Суханов, 1999).
Поэтому рекультивация нефтезагрязненных земель - важнейшая экологическая проблема в мировой и отечественной науке.
Цель и задачи исследований. Цель работы заключается в теоретическом обосновании и изучении эффективности восстановления плодородия земель, загрязненных нефтепродуктами и сопутствующими им веществами с одновременным повышением продуктивности пашни и урожайности полевых культур.
В задачи исследований входило:
- изучить процессы, происходящие в почве при загрязнении ее нефтепродуктами;
- выявить изменение агрохимических свойств почвы при загрязнении нефтепродуктами;
- исследовать влияние нефтезагрязнения на агрофизические свойства замазученных почв;
- определить эффективность комплексной технологии рекультивации, загрязненных нефтепродуктами почв;
- изучить роль различных культур-фитомелиорантов и осуществить подбор наиболее пригодных из них по продуктивности и фитомелиоративной способности при посеве после рекультивации земель;
- рассчитать энергетический и экономический эффект рекультивации нефтезагрязненных земель.
Научная новизна работы. Установлена закономерность ухудшения плодородия черноземов обыкновенных при загрязнении их нефтепродуктами, пластовыми водами при эксплуатации Самарского месторождения.
Выявлено изменение агрохимических и агрофизических свойств черноземов под влиянием загрязнения. Показано влияние ухудшения плодородия почвы на урожайность сельскохозяйственных культур. Определена эффективность комплексной рекультивации загрязненных почв.
Практическая значимость вытекает из конкретных рекомендаций по использованию комплексной рекультивации нефтезагрязненных земель. Использование разработанных приёмов рекультивации позволяет возвратить плодородие почвы до прежнего уровня. Осуществлен подбор наиболее эффективных культур для фитомелиорации земель после их рекультивации. Подсчитаны периоды окупаемости затрат при сельскохозяйственном использовании рекультивированных земель под разными культурами.
Основные положения, выносимые на защиту:
- закономерность и степень ухудшения плодородия черноземов обыкновенных Среднего Поволжья при различной степени загрязнения нефтепродуктами и пластовыми водами;
- эффективность восстановления почвенного плодородия при рекультивации нефтезагрязненных земель с использованием разработанных агромелиоративных приемов;
- окупаемость агромелиоративных приемов рекультивации черноземов обыкновенных, загрязненных нефтепродуктами.
Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались на международных («Состояние биосферы и здоровья людей», Пенза, 2005; «Агроэкологические проблемы сельскохозяйственного производства», Пенза, 2005; «Экология и безопасность жизнедеятельности», Пенза 2005), региональных и внутривузовских (Саратов, 2005-2007) научно-практических конференциях. Разработки защищены патентом №200101805.
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 13 научных статей, в том числе две в журналах, рекомендованных ВАК РФ.
Реализация результатов исследований. Полученные результаты научных исследований по рекультивации нефтезагрязненных земель прошли производственную проверку и внедрены в хозяйствах Кинельского, Похвистневского и Кинель-Черкасского районах на площади 120 гектаров. Все рекультивированные земли (10 %) пашни переданы землевладельцам по решению районных коллегий.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, 6 глав, выводов и предложений производству. Работа изложена на 133 страницах компьютерного текста, включает 27 таблиц, 14 рисунков и 17 приложений. Список литературы насчитывает 265 наименований в т.ч. 46 на иностранных языках.
Рост и развитие растений на нефтезагрязненых участках
Нефть и нефтепродукты оказывают влияние на агрохимические свойства почв. Многие ученые указывают, что загрязнение почв нефтью увеличивает содержание NPK (Д.М. Гусейнов, Ф.С. Ахундов, 1975; Т.П. Славина, М.И. Ка-хаткина, В.П. Середина и др., 1984; Е.И. Тишкина, Ф.Х. Хазиев, 988).
Н. Rasp (1976), F. Sexstone (1977) не обнаружили существенного изменения азота, фосфора и калия в загрязненных почвах. Другие исследователи в своих работах показывают, что загрязнения нефтью приводит к дефициту азота, фосфора, калия (А.Х. Мукатанов, П.Р. Ривкин, 1980; Т.Г. Зименко, Л.Я. Картыжова, 1986; А.А. Оборин, И.И. Шилова и др., 1988; П.В. Масленников, В.Е. Чернева, 2001; S. Niewolak, 1978; R. Przedwojski, 1980).
В нефтезагрязненной почве отношение C:N колеблется от 50 ( Е.Е. Orlova, L.G. Вакіпа,1997)до 400-420 ( C.T.J. Odu,1978) в зависимости от количества привнесенного углерода и типа почвы, что приводит к ухудшению азотного режима почв и нарушению корневого питания растений ( E.J. Udo, А.А. Fayemi,1975; М.Ю. Гилязов, 1980;Ф.Х. Хазиев,Ф.Ф. Фатхиев, 1981; М.З. Гай-нутдинов, 1988).
Обволакивание нефтью почвенных частиц препятствует миграции подвижных форм фосфора, азота и калия в раствор и тем самым может вызвать угнетение растений за счет недостатки элементов питания (С.А. Илларионов, А.В. Назаров, И.Г. Калачникова, 2003). По сообщению Р.К. Даутова, В.Г. Минибаева (1980) под влиянием нефти увеличивается валовое содержание марганца, молибдена, кобальта и йода. В пахотном горизонте типичного среднемощного чернозема сильное нефтяное загрязнение увеличило содержание валового марганца на 59 мг/кг почвы (при исходном содержании 857 мг/кг), молибдена - на 0,39 мг/кг (исходное -1,17 мг/кг), кобальта - на 3,13 (исходное - 16,6 мг/кг), меди - на 3,60 (исходное - 25,5 мг/кг). На наш взгляд обнаруженное увеличение общего содержания Мп, Со и Си довольно трудно объяснимо. Дело в том, что в товарной девонской нефти НГДУ "Азнакаевскнефть" нами обнаружено следующее количество микроэлементов (мг/кг): Мп - 0,55; Со - 2,02; Си - 0,65; Zn - 1,05; Mo- 15,0; В -0,10.
Отмечается, что присутствие нефти снижает растворимость микроэлементов (Со, Мп, Си) в результате образования гидрофобной оболочки, т.е. фактически переводит их подвижную форму в малодоступную для растений (М.А. Прокошева, 2000).
В почвах, загрязненных нефтью, наблюдаются значительные концентрации тяжелых металлов: кобальта, свинца, никеля. В биологический круговорот включаются новые, чуждые для природных экосистем вещества, в том числе канцерогенные. Последние по системе почва - растение - животное -человек мигрируют в организм человека и представляют чрезвычайную опасность для здоровья (Г.Г. Кузяхметов, Р.Г. Минибаев, Р.Н. Гимаев, 1985). Об этом же говорят данные А.А. Оборина, И.Г. Калачниковой и др. (1987).
Об изменении содержания микроэлементов при нефтяном загрязнении отмечают и другие исследователи (Р.К. Даутов, В.Г. Минибаев и др., 1983; Н.Н. Яшвили, В.Ш. Гогинашвили и др., 1988).
По мнению большинства исследователей, загрязнение почв нефтью приводит к увеличению в почве углерода (Н.П. Солнцева, Ю.И. Пиковский, 1980; Е.М. Никифорова, Н.П. Солнцева, Н.В. Кабанова, 1987; М.А. Прокошева, 2000), уменьшению емкости поглощения (В.М. Демурджан, Л.Д. Шеянова, 1982; Е.И. Тишкина, Ф.Х. Хазиев, 1988). Так, М.Ю. Гилязов (2001) отмечает, что под влиянием нефти произошли заметные изменения в содержании и составе поглощенных катионов. Суммарное количество обменных катионов при загрязнении уменьшилось, что стало заметным уже при минимальной дозе нефти 5 г/кг. От максимальной дозы (100 г/кг) емкость поглощения снизилась почти на 1/3.
В своей работе В.П. Зволинский, Е.К. Батовская, А.Н. Бондаренко ( 2007) отмечают, что в каштановых почвах солонцовая емкость катионного обмена практически не изменилась, существенное ее уменьшение (на 10-30%) отме-чалось только при дозе нефти 10 л/м .
Под действием нефтезагрезнения изменяется и окислительно-востановительный потенциал почвы. Летом в следствие пересыхания верхнего слоя наблюдали повышение ОВП с 335 мВ на незагрязненной почве до 385 мВ при 2% нефти, до 415 мВ - при 8% и 440 мВ - при 16%.(Н.Н. Мирошниченко, 2008)
При разливе нефти отмечается изменение реакции среды (Р.К. Даутов, В.Г. Минибаев, Т.А. Фасхутдинова и др., 1981; Е.И. Тишкина, 1989). Причем, если Т.И. Славина и др. (1984), Я.М. Аммосова и др. (1999) обнаруживали подщелачивание, то Р.К. Даутов и др. (1981) фиксировали подкисление почв. М.Ю Гилязов (2001) делает заключение, что снижение гидролитической кислотности и статистически достоверное увеличение рН, наблюдаемое при дозах нефти 30-100 г/кг, может быть связано с нейтральной или слабощелочной реакцией самой нефти.
По мнению И.Ю. Давыдовой, Ю.А. Можайского (2004) под влиянием нефтезагрязнения на дерново-подзолистой почве происходит снижение уровня кислотности на 1-1,5 единицы рН, т.е. среда из сильнокислой и кислой становится близкой к нейтральной. В несколько раз уменьшается гидролитическая кислотность, что приводит к существенному повышению степени насыщенности ее основаниями - с 40 до 75 % в светло-гумусовом горизонте и с 54 до 99,6 % - в иллювиальном. Загрязнение почв высокоминерализованными сточными водами негативно влияет на химические свойства. В первую очередь происходит перестройка почвенного поглощающего комплекса и изменение щелочно-кислотных характеристик почв. При воздействии минерализованных сточных вод натрий почвенного раствора приходит в равновесие с обменным натрием. Высокое содержание натрия в почвенном растворе приводит к тому, что он активно вытесняет кальций и закрепляется в ППК. Во всех типах почв наблюдается увеличение количества обменного натрия в верхних генетических горизонтах при одновременном уменьшении в них содержания водорода и алюминия, тоесть происходит резкое изменение качественного и количественного состава поглощенных катионов ( Н.П. Солнцева, 1981, 1998; М.З. Гайнутдинов, 1985; Л.И. Сергиенко, 1987; Б.Г. Розанов, 1989; К.Г. Калашников, 1989; D.M. Porter, F.J. Adams,1993; J.B. Prendergast,1994; АЛ. Садов,1996).
В результате загрязнения минерализованными водами могут образовываться комплексы солонцового и солончакового почвенных рядов (Я.М. Ам-мосова, С.Я. Трофимов, Н.И. Суханова, 1999). По мнению Н.П. Солнцевой (1981) количество растворимых солей может достигать токсичных для растений концентраций (5 % и более), содержание только иона хлора может достигать 1 %.
При попадании минерализованной воды в почве наблюдается лиофилиза-ция почвенных коллоидов, увеличение количества воднопептируемого ила, его передвижение в глубь с водой, усиление фульватности и подвижности почвенного гумуса. При этом разрушается структура, повышается плотность, ухудшаются гидрофизические свойства, нарушается аэрация, снижается окислительно-восстановительный потенциал (Л.М. Татаринцев, В.Л. Тата-ринцев, В.А. Евсюков, 2004).
В загрязненных почвах отмечают уменьшение емкости поглощения Л.М. Аммосова, С.Я. Трофимов, Н.И. Суханова (1999), что связано с обволакиванием почвенных коллоидов нефтяной пленкой. При загрязнении почвы то 19 варной (т.е. обессоленной) нефтью количество поглощенных катионов может восстанавливаться через 3 года, а при загрязнении сырой (необессоленной) нефтью - не восстанавливаются. При загрязнении НСВ резко смещается соотношение нитратных и аммонийных форм в пользу последних ( Н.П. Солнцева, 1981; М.З. Гайнутдинов, 1985).
При повышении содержания водорастворимых солей и изменении щелоч-но-кислотных условий в результате загрязнения почв НСВ появляется больше доступного фосфора, увеличивается его подвижность (И.М. Попова, 1964; З.Х. Сабитова, 1977; Н.П. Солнцева, 1981).
Загрязнение почв НСВ вызывает увеличение количество валового и подвижного калия. При этом содержание валового калия в условиях засоления возрастает в полтора раза и более ( Н.П. Солнцева, 1981; М.З. Гайнутдинов, 1985).
Видимо, степень изменения агрохимических и агрофизических свойств определяется уровнем загрязнения почв. Так, W.W. McGill (1977) обнаружил отрицательное действие нефти на свойства почвы при концентрации выше 2 %. В то же время, согласно сообщению американских исследователей W.W. Mitchell и др. (1979) концентрации нефти в 5-10 % не оказали существенного влияния на физические и химические свойства почв.
Погодные условия
Район проведения опытов расположен в засушливой северной части степного Заволжья. Климат района резко континентальный с преобладанием в течение года ясных и малооблачных дней. Зима холодная малоснежная с минимальной температурой -40С и ниже, лето жаркое засушливое с абсолютным максимумом +40С и более. Амплитуда колебания между максимальной и минимальной температурой составляет 82-87С (В.В. Юрыгин, 1968). Годовой ход температуры характеризуется быстрым ее повышением весной. Различие в датах начала и конца весны иногда достигает 10 дней. В среднем продолжительность весны 25 дней. Осень продолжительнее весны на 13-16 дней. Сравнительно большая вероятность весенних и осенних заморозков. Период с температурным режимом ниже 0 (зима) продолжается 153 дня, лето, как период с температурой выше 10, продолжается 140 дней в прохладные годы и 150 дней - в теплые (табл. 1).
Климатические условия вегетационного периода района проведения опыта по метеостанции «Усть-Кинельская» Месяцы Температура воздуха, С Количество осадков среднемно-голетняя за 1983-2003 гг. отклонения среднемно-голетняя за 1983-2003 гг. отклонения мм %
Последние заморозки весной отмечаются во второй декаде мая. В отдельные годы последние заморозки возможны в первой декаде июля. Первые заморозки осенью начинаются в конце сентября или начале октября, в отдельные годы - в конце августа. Безморозный период в этом случае сокращается до 83 дней (А.Г. Никифоров, 1951). Годовые количества атмосферных осадков колеблется по годам от 260 до 600 мм. Во влажные годы среднегодовая сумма осадков превышает 400 мм, а в засушливые снижается до 270 мм. Осадки распределяются неравномерно не только по годам, но и по периодам вегетации. Летние осадки чаще всего вы 48 падают во второй половине лета - июле и августе. Месячные суммы их сильно колеблются от нуля до двух-трех норм.
В районе исследований по многолетним данным среднегодовое количество осадков составляет 410 мм.
За вегетационный период выпадает в среднем 234 мм. За последние 20 лет отмечено потепление вегетационного периода. Количество осадков за вегетацию увеличилось на 15,8 %.
В целом климатические ресурсы района проведения опыта вполне благоприятны для возделывания многолетних трав, кормовых и зерновых культур.
Погодные условия 2006 года заметно отличались от средних многолетних наблюдений. Апрель был теплее обычного. В апреле среднесуточная температура воздуха составила 7,2, что выше обычного на 2,5. Максимальная температура достигала 21,9, а минимальная опускалась до -1,5. Количество осадков превысило норму на 31,0 мм или более чем в 2,0 раза. Влажность воздуха была близка к среднемноголетним значениям (табл. 2).
В мае температура воздуха составляла 14,8, что на 0,7 выше средней многолетней величины. Максимальная температура поднималась до 27,0, а минимальная в первой декаде мая опускалась до -1,5. Относительная влажность воздуха была близка к норме и равнялась 59 %. Сумма осадков составляла 38,1 мм, что близко к норме. Погода в мае была практически одинакова со средними климатическими показателями.
Июнь был жарче обычного. Средняя температура воздуха превышала многолетнюю величину на 3,2. Максимальная повышалась до 34,6. Влажность воздуха равнялась в среднем за месяц 66, что практически одинаково с многолетней величиной. Сумма осадков не превышала 54,6 мм, что ниже многолетнего значения на 4,4 мм. Июль месяц оказался прохладнее и влажнее чем обычный. Средняя температура воздуха равнялась 18,7, что ниже обычного на 2,0. Максимальная температура поднималась до 34,8, минимальная опускалась до 6,7. Влажность воздуха не опускалась ниже 70 %. Сумма осадков составила 70 мм, что выше средней многолетней величины на 23 мм или 49 %.
В сентябре температура воздуха составила 13,2, что выше нормы на 0,9. Максимальная поднималась до 31,2, а минимальная опускалась до -1,6. Средняя влажность воздуха превышала среднюю многолетнюю величину на 11 %. Сумма осадков равнялась 23,3 мм, что ниже нормы на 20,7 мм или 47,0 %.
За вегетацию 2006 года выпало 350,8 мм, что больше нормы на 176,8 мм или на 49,9 %. 2006 год следует считать влажным по количеству осадков и обычным по температурному режиму.
Погодные условия 2007 года также существенно отличались от средних многолетних наблюдений.
Апрель был теплее обычного. Средняя температура воздуха составляла 6,6С вместо 4,7 по норме, температура была на 1,9 выше обычного. Максимальная температура воздуха доходила до 18,9, минимальная опускалась до -4,7. Средняя влажность воздуха составила в апреле 78 %. Осадков выпало две нормы 53,6 мм (табл. 3). Апрель в целом был теплый и влажный.
В мае средняя температура воздуха составила 16,3, что выше нормы на 2,2. Максимальная температура поднималась до 33,5, а минимальная снижалась до -1,2. Влажность воздуха не опускалась менее 46 %%, при средней величине 70 %. Количество осадков не превысило 22,4 мм, что на 10,6 мм или 32,1 % ниже средней многолетней величины.
Температура воздуха в июне была близка к норме. Различие составило 0,6. Максимальная температура равнялась 34,0, минимальная 3,5. Влажность воздуха составляла 73 %. В отдельные дни она опускалась до 46 %. Сумма осадков за июнь месяц была 75,3 мм, что выше средней величины на 36,3 мм или на 93,1 %. Июнь можно характеризовать как влажный месяц. Таблица З
Гумус и питательные вещества
При аварийном разливе нефтепродуктов последние пропитывают в основном верхний слой почвы, глубина которого зависит от количества разлива нефти и свойств почвогрунта. Основной механизм распространения техногенных потоков нефти и сопутствующих минерализованных пластовых вод -гравитационный (Ю.И. Пиковский, 1981). Подавляющая часть разлитой нефти сосредотачивается в верхнем слое (Ю.И. Пиковский, 1981; Ф.Х. Хазиев, Ф.Ф. Фатхиев, 1981; А.Г. Ахмедов, Н.П. Ильин, 1982).
С глубиной количество просочившейся нефти быстро снижется, в результате закупорки почвенных пор жидкостью с высокой вязкостью. При просачивании нефти происходит сорбция тяжелых смолистых компонентов нефти, асфальтенов, парафинов и др. высокомолекулярных веществ (Ю.И. Пиковский, 1981; Е.М. Никифорова, Н.П. Солнцева, 1987).
На почвах легкого гранулометрического состава и пашне нефтепродукты просачиваются глубже, чем на тяжелых и непахотных почвах. Нефть способна удерживаться дерном, лесной подстилкой, верхним мульчирующим слоем органического вещества и почвы.
Нефть помимо собственно нефтяных компонентов содержит высокоминерализованную пластовую воду. Образуется комплексный загрязнитель. При загрязнении почвы комплексным потоком в почве происходит расслоение его на углеводородный компонент, концентрирующийся в верхней части почвы, и минерализованные воды, которые могут распределяться по всему почвенному профилю, создавая внешний контур техногенного загрязнения (И.М. Габбасова, Р.Ф. Абдрахманов и др., 1997).
Соли концентрируются со временем в иллювиальных горизонтах. На меньшую глубину мигрируют карбонаты, на большую глубину - сульфаты. Глубже всех проникают, как самые подвижные, хлориды. Соли магния мигрируют в более глубокие слои почвы, по сравнению с солями кальция (Н.П.Солнцева, 1981).
Загрязнение почвы нефтепродуктами приводит к ухудшению агрофизических, агрохимических и биохимических свойств почвы (А.Х. Мукатанов, П.Р. Ревкин, 1980; Ф.Х. Фатхиев, Ф.Ф. Фатхиев, 1982).
Нефть, попадая в почву, склеивает структурные агрегаты, увеличивает количество глыбистых агрегатов ( 10 мм), снижает число агрономически ценных структур (10-0,25 мм). Это вызывает появление столбчатой структуры. Ухудшается смачиваемость поверхности. Талые и дождевые воды не впитываются в почву. Повышается плотность почвы, так как нефть стягивает гидрофобные участки поверхности за счет своего высокого поверхностного натяжения. Заметно снижается аэрация. Это приводит к полному подавлению жизнедеятельности почвенной биоты (Э.М. Халилов, СВ. Левин и др., 1996).
Попадание нефти в почву обусловливает подавление активности флоры и фауны, изменение соотношения групп почвенных микроорганизмов, направления и скорости биохимических реакций (Н.М. Исмаилов, 1982; Т.И. Артемьева, А.К. Жеребцов, 1981; А.Я. Демиденко, В.М. Демуржан и др., 1983; В.В. Цуцаева, 1984; Е.А. Бочарникова, 1990; Н.Б. Лютахина, 1997; И.М. Гоб-басова, 2001; Е. Yong, 1983; Y.L/ Roy, W.B. McYill, 1996).
При загрязнении пластовыми водами почва приобретает свойства характерные засоленным природным почвам (солонцов и солончаков) (М.Ю. Ги-лязов, 1991). Образуется водонепроницаемая корка, уменьшается количество агрономически ценных агрегатов, повышается глыбистость почвы, резко снижается водопроницаемость. Загрязнение почвы нефтепродуктами приводит к ухудшению или полному нарушению водного, воздушного и окислительно-восстановительного режимов почвы. На загрязненных комплексными техногенными нефтезагрязняющими потоками почвах растения полностью погибают и урожайность отсутствует. 3.1 Плотность почвы Изменение плотности почвы зависит от степени загрязнения ее нефтепродуктами. На опытном участке ООО «Золотая нива» при загрязнении 120 г на 1 кг почвы заметно изменялась плотность почвы до глубины 0,5 метров. В слое почвы 0-10 см в 2006 году возросла на 0,29 г/см или на 28,7 %; в слое 10-20 см на 0,25 г/см или на 24,0 %; в слое 20-30 см на 0,20 г/см или на 15,7 %; в слое 30-40 см - на 0,11 г/см или 10,0 %; в сое 40-50 см - на 0,04 г/см или 3,4 %; в слое 50-60 см различия практически не было (табл. 5).
В слое 0-10 см на загрязненной почве увеличилась на 0,32 г/см или на 33,3 %; в слое 10-20 см - на 0,24 г/см или 23,8 %; на глубине 20-30 см - на 0,18 г/см или на 17,0 %; на глубине 30-40 см - на 0,15 г/см или на 12,2%; в слое 40-50 см - на 0,07 г/см или 6,1 %; на глубине 50-60 см плотность практически не изменилась.
В 2008 году в слое 0-10 см на загрязненной почве плотность почвы воз-росла, по сравнению с фоновым участком с 0,99 до 1,31 г/см или на 32,3 %; в слое 10-20 см с 1,05 до 1,27 г/см или на 20,9 %; на глубине 20-30 см - с 1,06 до 1,25 г/см или на 17,9 %; на глубине 30-40 см - с 1,14 до 1,26 г/см или на 10,5 %; в слое 40-50 см - с 1,17 до 1,22 г/см или на 4,3 %. В слое 50-60 см различия в плотности почвы в этом году, как и в предыдущие годы не было.
В среднем за годы исследований различия по слоям составили соответственно 31,3; 23,3; 17,9; 10,8 и 5,2 %. В слое 0-30 см по годам различие равнялось 24,0-24,8 %; в слое 30-60 см - 5,1-6,1 %; в слое 0-60 см - 13,6-14,8 %.
С увеличением степени загрязнения почвы нефтепродуктами увеличивалась и плотность почвы. В СПК «Новый путь» загрязнение почвы равнялось 170 г/кг. В 2006 году в слое 0-10 см плотность почвы составляла на загряз-ценной почве 1,37 м /га; в следующих слоях соответственно 1,29; 1,25; 1,23; 1,22 и 1,20 г/см . Это больше фонового участка соответственно в слое 0-100 см на 39,8 %; в слое 10-20 см - на 24,0 %; в слое 20-30 см - на 19,0 %; в слое 30-40 см - на 12,8 %; в слое 40-50 см - на 7,9 %; в слое 50-60 см различия не отмечено. Это выше чем на предыдущем опытном участке соответственно на 11,1; 3,3; 2,8 и 4,5 % (табл. 6).
В 2007 году разница плотности почвы участка по сравнению с фоновым равнялась соответственно по слоям на 23,3; 21,3; 17,9; 13,5 %. В последнем слое 50-60 см различий не отмечено.
Технология восстановления плодородия почвы, загрязненной нефтью и пластовыми водами
На участке СГЖ «Новый путь» с большей интенсивностью загрязнения почвы в 2006 году после рекультивации улучшение структурного состояния почвы выразилось в увеличении ценных агрегатов с 30,1 до 84,1 % или в 2,8 раза и снижении глыбистой фракции с 69,9 до 12,5 % или в 5,6 раза. По сравнению с фоновым вариантом на рекультивированной почве ценных агрегатов было больше на 14,5 %, глыбистых фракций меньше на 7,8 %, а пылевидных - на 6,7 % (табл. 9).После рекультивации загрязненной почвы коэффициент структурности возрос с 0,43 до 5,28 или в 12,2 раза. Это больше фонового участка в 2,3 раза.
Аналогичная закономерность отмечена и в остальные годы.
В 2007 году после рекультивации содержание ценных структурных агрегатов увеличилось с 32,9 до 85,2 % или в 2,6 раза, а количество глыбистых фракций снизилось с 67,1 до 11,1 или более чем в 6 раз. Несколько возросло количество пылевидных агрегатов. Рекультивированная почва превосходила фоновый участок по количеству ценных агрегатов на 17,4 %. По содержанию глыбистых фракций отмечено снижение на 8,0 %, а по количеству пылевидных - на 9,4 %.
Коэффициент структурности после рекультивации возрос с 0,49 до 5,75 или в 11,7 раза и превосходил фоновую почву в 2,7 раз.
В 2008 году количество ценных структурных агрегатов после рекультивации возросло с 29,6 до 84,0 % или в 2,8 раза, содержание глыбистых агрегатов снизилось с 70,4 до 13,9 % или в 5,1 раза.
Отмечено превышение ценных агрегатов на рекультивированной почве по сравнению с фоновым участком на 13,9 % и снижение глыбистой фракции на 6,2 %, а пылевидной ( 0,25) - на 7,7 %. Коэффициент структурности возрос соответственно с 0,42 до 5,25 или в 12,5 раз по сравнению с загрязненной почвой и с 2,34 до 5,25 или в 2,2 раза по сравнению с фоновым вариантом.
В среднем за годы исследований после проведения рекультивации количество ценных структурных агрегатов повысилось с 30,9 до 84,4% или в 2,7 раза по сравнению с загрязненной почвой и на 15,2 % по сравнению с фоновым вариантом. В первом случае наблюдалось снижение глыбистой фракции в 5,5 раз, а во втором - 7,3 %. По сравнению с фоновым вариантом количество пылевидной фракции на рекультивированном варианте уменьшилось с 11,0 до 3,1 % или в 3,5 раза. Коэффициент структурности увеличился в 12,0 и в 2,4 раза.
На участке поселка «Октябрьский» в 2006 году в слое 0-30 см количество агрономически ценных агрегатов после рекультивации загрязненной почвы увеличилось с 17,4 до 79,0 % или в 4,5 раза. Количество ценных агрегатов было после рекультивации на фоновом участке в этом году больше, чем на незагрязненной почве на 10,9 %. Это повышение ценных агрегатов прошло за счет уменьшения глыбистых агрегатов в первом случае с 81,6 до 18,1 % или в 4,5 раза, а во втором случае - на 1,4 %.
Рекультивированная почва имела меньше, чем незагрязненная пылевидных агрегатов на 9,5 % (табл. 10). Коэффициент структурности после рекультивации равнялся 3,76, а на загрязненной почве 0,21 или меньше в 18 раз.
В 2007 году на этом участке после рекультивации изменение структурного состояния почвы было аналогично предыдущему году. После рекультивации содержание агрономически ценных агрегатов размером 10-0,25 мм возросло по сравнению с загрязненной почвой с 27,6 до 79,8 % или в 2,9 раза и было больше чем на фоновом участке на 14,0 %. Количество глыбистых агрегатов ( 10 мм) после рекультивации снизилось с 72,4 до 15,9 % или в 4,5 раза и было меньше фонового варианта на 6,2 %. Содержание пыли на фоновом варианте отмечено больше, чем на рекультивированном участке на 7,8 %. Коэффициент структурности на рекультивированной почве составлял 3,95, что больше чем на загрязненной почве в 10 раз и выше, чем на фоновом варианте - в 2 раза.
В 2008 году содержание агрономически ценных агрегатов после рекультивации возросло с 16,0 до 83,2 % или в 5,2 раза, а по сравнению с фоновым участком - с 69,4 до 83,2 % или на 13,8 %. Глыбистой фракции при этом уменьшилось в 5,2 раза и на 2,9 %. Рекультивированная почва имела пылевой фракции на 10,9 % меньше, чем фоновый вариант. Коэффициент структурности на рекультивированном варианте возрос по сравнению с загрязненной почвой с 0,19 до 4,95 или в 26 раз, а по сравнению с незагрязненной - в 2,2 раза.
В среднем за 3 года на опытном участке поселка «Октябрьский» содержание агрономически ценных агрегатов возросло после рекультивации загрязненной почвы с 20,4 до 80,7 % или почти в 4 раза, а по сравнению с фоновым вариантом - на 12,9 %. При этом количество глыбистых фракций снизилось в первом случае с 79,6 до 16,7 % или в 4,7 раза, а во втором - на 4,5 %. После рекультивации загрязненной почвы количество пылевидных фракций уменьшилось по сравнению с фоновым вариантом на 9,4 %.
В среднем за 3 года коэффициент структурности после рекультивации загрязненной почвы возрос с 0,26 до 4,20 или в 16,2 раза, а по сравнению с фоновым участком - в 2 раза.
Таким образом, за все годы и на всех опытных участках структурное состояние почвы после рекультивации улучшилось в несколько раз не только по сравнению с загрязненной нефтепродуктами почвой, но и по сравнению с фоновым вариантом.
