Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

Комплексная оценка изменения свойств различных почв под влиянием нефтезагрязнения

ВАК РФ 06.01.03, Агропочвоведение и агрофизика

Автореферат диссертации по теме "Комплексная оценка изменения свойств различных почв под влиянием нефтезагрязнения"

Бедрина Валерия Юрьевна

На правах рукописи

КОМПЛЕКСНАЯ ОЦЕНКА ИЗМЕНЕНИЯ СВОЙСТВ РАЗЛИЧНЫХ ПОЧВ ПОД ВЛИЯНИЕМ НЕФТЕЗАГРЯЗНЕНИЯ

Специальность 06.01.03 - агропочвоведение,агрофизика

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Санкт-Петербург - 2 004

Работа выполнена в лаборатории электромагнитной гидрофизики Агрофизического научно-исследовательского института Россельхозакадемии. Научные руководители: доктор биологических наук Зверева Татьяна Симоновна, кандидат сельско-хозяйственных наук Рохинсон Элла Ефимовна. Научный консультант: доктор сельско-хозяйственных наук, ст. н.н.

Петрова Зоя Михайловна. Официальные оппоненты: доктор сельско-хозяйственных наук Осипов Анатолий Иванович, кандидат биологических наук, доцент Крейер Клавдий Георгиевич.

Ведущая организация: Санкт-Петербургский государственный университет

«аз -»¿ж^

Зашита с о с т« ¡О »¡Ръ/сг&рЛ 0 4 года

В зале заседаний Агрофизического научно-исследовательского института

Адрес : 19 522 0 , Санкт-Петербург, Гражданский пр., 14.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Агрофизического института.

Автореферат разослан

«/О » С£/У*Яс/с)1 ; 2004 года

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью, просим направлять по адресу: 195220 , Санкт-Петербург, Гражданский пр. , 14, Ученый Совет.

Ученый секретарь диссертационного Совета

биологических наук Архипов М. В.

Общая характеристика работы

Актуальность темы

В настоящее время в нашей стране очень остро встала проблема защиты и рекультивации земель, подверженных хроническим разливам нефти, приводящих к отчуждению огромных территорий, быстрой потере продуктивности земель и деградации ландшафта. Вопросы, связанные с экологическими загрязнениями становятся критическими и являются лимитирующим фактором для человечества.

Знание стадий и форм трансформации загрязненных экосистем и загрязняющих веществ в различных природных условиях позволит разработать прогноз их изменения во времени и пространстве, определить сроки восстановления почв, дать научно-обоснованные рекомендации по ликвидации последствий загрязнения.

Анализ имеющейся литературы показал, что хотя по тематике нефтяных загрязнений имеется значительное количество литературы, данный вопрос изучен недостаточно. Предложенный в данной работе комплексный подход к изучению степени опасности нефтезагрязнения почв является актуальной задачей агрофизики.

Актуальность работы состоит также в получении прогноза загрязнения почв Ленинградской области, на территории которой в настоящее время идет строительство нефтетрубопровода. Ближайшее рассмотрение проблемы показало, что научной проработки вопросов, связанных с экологической безопасностью и имеющихся в настоящее время конкретных данных по Северо-Западному региону недостаточно для составления прогнозных карт. Необходимо выявление диагностических признаков, являющихся индикаторами загрязнения, рассмотрение динамики процессов загрязнения и восстановления почв во времени на различных типах почв.

Цели работы - изучение влияния нефтяного загрязнения на свойства наиболее распространенных типов почв Северо-Западного региона и их градация по степени опасности загрязнения.

Задачи исследования:

1. Исследовать действие нефти и нефтепродуктов на свойства четырех наиболее распространенных типов почв в Северо-Западном регионе: торфянисто-подзолистой, поверхностно-элювиально-глеевой, торфяно-болотной и дерново-подзолистой окультуренной.

2 . Выявить диагностические признаки, позволяющие определить интенсивность загрязнения почв нефтепродуктами.

3 . Разработать градацию по степени опасности загрязнения почв Северозападного региона РФ нефтью и нефтепродуктами.

Научная новизна работы состоит в проведении комплексных исследований закономерностей воздействия нефтепродуктов на почву и сопутствующую микробиоту

Практическая значимость работы заключается в составлении классификации по степени опасности нефтяного загрязнения исследуемых типов почв Северо-Западного региона, что может быть в дальнейшем положено в основу прогнозной карты опасности загрязнения почв в результате разлива нефти.

Апробация работы. Результаты работы доложены на II Санкт-Петербургской Ассамблее молодых ученых и специалистов (Санкт-Петербург, 1997), на 58 научно-технической конференции с участием студентов, молодых специалистов и ученых "Неделя науки-98" (Санкт-Петербург, 1998), на Докучаевских молодежных чтениях "Почва. Экология. Общество" (Санкт-Петербург, 19 9 9).

Публикации. По материалам дисертации опубликовано 6 научных работ.

Объем работы. Диссертация изложена на 12 8 страницах машинописного текста, иллюстрирована 1 схемой, 14 диаграммами и 16 таблицами, содержит 3 главы, введение и выводы; список литературы представлен 130 исследователями, в том числе иностранных 20.

Глава 1. Состояние проблемы

Однако ни один другой загрязнитель, как бы опасен он ни был, не может сравниться с нефтью по широте распространения, количеству источников загрязнения, величине нагрузок на все компоненты природной среды во время аварий

гас НАЦИОНАЛЬНАЯ «И6ДПОТЕКА

М МО Гкт (о<о

скважин и нефтепроводов. Во всем мире при добыче, транспортировке, переработке и использовании теряется в год около 50 млн. т. нефти и ее продуктов, что составляет 2 % от ее добычи (Рябчиков, 1976; Рябчиков,1980; Рамад, 1981; Розанов,1984; Клименко, 1987).

Уровень допустимой концентрации нефти и нефтепродуктов в почвах зависит от почвенно-климатической зоны, типа почвы, состава нефти. В среднем предел концентраций нефти (Н) и нефтепродуктов (НП) в загрязненной почве 0,1- 1 г/кг. Критерием также может служить концентрация выше 0,05 мг/л Н и НП в воде, профильтрованной через загрязненную почву. Загрязнением считается увеличение концентрации Н и НП до такого уровня, при котором:

Нарушается экологическое равновесие в почвенной системе.

2. Происходит изменение морфологических, физико-химических и химических характеристик почвенных горизонтов.

3. Изменяются водно-физические свойства почв.

4. Нарушается соотношение между отдельными фракциями органического вещества почвы, в частности, между липидной и гумусовой составляющей.

5. Создается опасность вымывания из почвы Н и НП, и вторичного загрязнения почв и вод (Временные методические.-. 19 84) .

Суммируя все формы нарушений в связи с подземным и поверхностным механогенезом, следует выделить основные группы экологических нарушений:

1. изменение рельефа и рельефообразующих процессов;

2. трансформацию растительного покрова вплоть до полного его уничтожения;

3. физическое и морфологическое преобразование почв;

4. изменение термических режимов и других процессов в ландшафтах;

Важнейшие экологические следствия трансформации рельефа и "встраивания" в природные комплексы технических сооружений это изменения гидрологических, гидрохимических и теплофизических процессов. Наиболее активен вторичный гидроморфизм. (Караваева, 1982; Стихарев, 1991).

Активизирующиеся при этом процессы глеегенеза могут приводить к формированию болотных (и даже болотно-озёрных) ландшафтов.

Свойства нефти, как гетерогенной системы, определяют характер фракционирования этого многокомпонентного загрязнителя: частичное расслоение по удельному весу, вязкости, активности взаимодействия с почвенной массой и. т. д. С течением времени дифференциация вещества углубляется. Характер распределения нефтяных компонентов в почвах зависит от ряда факторов; основными из них являются физические и физико-химические свойства конкретных почв, их положение в системе геохимических сопряжений элементарных ландшафтов, количество и состав поступившей нефти, время, прошедшее с момента загрязнения. Все это определяет очень пеструю картину реального распределения нефтяных компонентов в почвах территорий, подвергшихся нефтяному загрязнению (Пиковский, Солнцева 1981; Большаков, 19 95).

Буферность почв и всей экосистемы в целом, зависит от совокупности процессов, выводящих избыточные деструкционно-активные продукты техногенеза из биологического круговорота:

1) процесс вымывания токсичных веществ за пределы почвенного профиля;

2) процесс их консервации на геохимических барьерах в недоступных для живых организмов формах;

3) процесс разложения токсичных химических соединений до форм не опасных для живых организмов.

Одни и те же вещества в разных ландшафтах ведут себя по-разному: в одних условиях они устойчивы и даже инертны, в других - не только подвергаются быстрым преобразованиям, но и активно взаимодействуют с почвенной массой. (Глазовская, 1981, Солнцева 1981, Солнцева 1988).

Нефть и нефтепродукты оказывают многостороннее воздействие на гумусное состояние почв и распределение в их профиле Сор*. Возникают две разнонаправленные группы процессов:

1) Микробиологическая деструкция нефти и нефтепродуктов и их физико-химическое выветривание (Исмаилов, 1982, 1988; Калачникова, Масливец, 1987; Оборин и др., 1988 и др. ) . Результатом этих процессов является трансформация исходного состава загрязнителя, частичная утилизация привнесенных органических веществ, их разложение до конечных продуктов, что способствует постепенной потере ТГ органического углерода.

2) Взаимодействие нефти и нефтепродуктов с почвенными органическими соединениями и минеральными компонентами. В результате меняются качественные и

количественные . характеристики органических веществ почв. Происходит преобразование состава почвенного гумуса (Хазиев, Фатхиев, 1981; Славнина и др., 1984,1989; Орлов и др., 1994; Орлова, 1993 и др.). Некоторая часть привнесенного в почвы с ТГ потоками углерода закрепляется, что приводит к оОшему увеличению его содержаний (Пиковский, Солнцева, 1981; Солнцева, 1981; Солнцева, Никифорова, 1988; Хазиев, Фатхиев, 1981; Демидиенко, Демурджан, 1988).

Важнейшее и ближайшее следствие загрязнения ландшафтов - это изменение лабильных физико-химических характеристик почв, среди которых наибольшее значение имеет трансформация почвенного поглощающего комплекса (ППК).

Происходит изменение щелочно-гислотных условий, снижается гидролитическая кислотность, величина суммы обменных оснований. В нефтезагрязненных почвах отмечается ухудшение азотного режима, нарушается водно-воздушный режим в результате заполнения порового пространства НП, нарушается водопроницаемость, происходит склеивание структурных отдельностей. Почва приобретает гидрофобные свойства. Процессам геохимического преобразования почв сопутствуют механические нарушения почвенного покрова: в зависимости от местных природных условий происходит усиление дефляции, плоскостной и линейной эрозии. (Stepniewska,

1997; Roy, 1996; Славина и др., 1984; Хазиев 1981; Ekundao, Obuekwe, 1997).

Изменение общей биогенности нефтезагрязненных почв сопровождается перестройкой структуры комплекса микроорганизмов (Исмаилов, 1988). Появляются организмы, не обнаруживаемые в чистых почвах (Гузев и др., 1989). Снижается численность целлюлозо-разрушающих микроорганизмов (Самосова и др., 1982, Киреева, Сайфулина, 1988). Содержание цианобактерий уменьшается в 3,01 раза при содержании в среде дизельного топлива всего 1% (Линькова, 1982) . Ферментативная активность и дыхание почвы меняются уже от дозы бензола 50 мг/кг почвы (Осипова и др., 1984). Происходит изменение состава и численности почвенных животных и почвенной мезофауны (Артемьева и др., 1980,1981,1988; Андреева, 1981; Саттаров и др., 1982; Walker, 1987; Некрасова, 1990).

Степень токсичности и мутагенности нефти возрастает при ее старении. Особенно велика опасность остатков нефтепродуктов после сгорания нефти. По степени токсичности эти вещества образуют следующий ряд: пепел после пиролиза > более твердые остатки сгорания > выветренная нефть > сырая нефть (Sheppard et. all, 1983).

Для прогнозных оценок состояния загрязненных почв необходимо получить точные миграционные характеристики разных типов почв. Среди этих характеристик наиболее важны факторы, от которых завлсят формы инфильтрационных тел, в частности, нефтеемкость и нефтепроницаемость. При этом необходимо учитывать, что почвы - особые природные образования, состоящие из ряда генетических горизонтов, часто существенно отличающихся по свойствам.

Большое количество опытных работ, выполненных в нашей стране и за рубежом по рекультивации земель, загрязнённых в процессе добычи углеводородного сырья, дают противоречивые результаты. Одни и те же мероприятия в различных природных условиях (и даже в различных микроландшафтах одной и той же территории) приводили к неодинаковому эффекту.

Основными причинами подобных результатов служат:

а) недостаточный учет собственно природного потенциала рекультивируемых ландшафтов;

б) отсутствие знаний о внутренних механизмах посттехногенного преобразования почв (и ландшафтов в целом) и о динамике возникающих в них процессов, а также о характере вторичных реакций и т.д.

Разработка мероприятий по оптимизации природопользования на территории России осложняется плохой изученностью (а в ряде случаев и полной не изученностью) свойств природных систем даже в их естественном состоянии. Наиболее остро стоит проблема с изучением почв и почвенного покрова в северных ландшафтах страны.

В настоящее время в России около 800 тыс. гектаров нефтезагрязненной земли, которые официально нуждаются в очистке, а площади, находящиеся под угрозой такого загрязнения, несравненно больше.

Глава 2. Объекты и методы исследования

Объектами исследования являются образцы четырех типов почв, а именно, поверхностно-элювиально-глеевая и торфяно-болотная на ленточных глинах, которые были отобраны на территории Лисинского лесхоза, дерново-подзолистая

окультуренная на маренном суглинке, отобранная на территории Меньковской опытной станции (Гатчинский район Ленинградской области), торфянисто-подзолистая, иллювиально-железисто-гумусовая песчаная на водно-ледниковых отложениях, отобранная на территории Западно-Тэбукского нефтяного месторождения. Кроме того, на территории Заладно-Тебукского месторождения были проведены полевые исследования. Общая характеристика изученных образцов представлена в табл.1

Для изучения изменений, происходящих в почве, был поставлен модельный опыт по искусственному загрязнению почв нефтепродуктами.

Для поверхностно-элювиально-глеевой, торфяно-болотной и дерново-подзолистой почв было отобрано 18 монолитов почв ненарушенного сложения, размером 15x15x3 0 см, помещенных в лизиметры без дна, по 6 монолитов для каждого из трех типов почв. В 15 из них разово была внесена нефть из расчета 20 л/м2, что соответствует сильной степени загрязнения. Лизиметры были вкопаны в землю на одном уровне с опытной площадкой. Образцы выдерживались в природных условиях на открытом воздухе. В течение двух лет через определенные промежутки времени (1, 2, 9, 12, 24 мес.) загрязненный нефтью образец вынимали из лизиметра, и анализировали по почвенным горизонтам.

В случае торфянисто-подзолистой почвы было отобрано восемь монолитов торфянисто-подзолистой почвы размером 15 х 15 х 30 см. Четыре из них были загрязнены нефтью Западно-Тэбукского нефтяного месторождения, пять монолитов были оставлены в качестве контроля. Нефть также вносилась однократно из расчета 20 л/м2. Образцы выдерживались в помещении при температуре 20 - 22°С, влажности почвы 60% от полной влагоемкости. Через определенные промежутки времени (1, 2, 5, 9 мес.) загрязненный нефтью монолит и контрольный образец анализировали по почвенным горизонтам.

В случае Западно-Тэбукского месторождения загрязнение территории происходило неоднократно в течение длительного периода.

Для загрязнения использовалась нефть Сургутского месторождения, предоставленная Киришским нефтеперерабатывающим комбинатом, а также нефть Западно-Тэбукского месторождения.

Для всех типов почв было выполнено определение рН, гидролитической кислотности (по Каппену), суммы обменных оснований (по Каппену-Гильковицу), общего углерода (в минеральных горизонтах по методу Тюрина, в органогенных по методу Арнстета в модификации Пономаревой, Николаевой), определение плотности почвы (по Растворовой) и максимальной гигроскопичности. Погрешность измерения параметров составляла 3-5 %. Так же для всех типов почв был проведен микроморфологический анализ почвенных шлифоф. Описание по стандартной методике Парфеновой-Яриловой.

Для поверхностно-элювиально-глеевой, торфяно-болотной и дерново-подзолистой почв был проведен анализ динамики содержания метильных и метиленовых групп углеводородов методом экстракции четыреххлористым углеродом (ОСТ 30.01378-85), адаптированным для почвы. На инфракрасном спектрофотометре по поглощению в области 2910-2960 см"1 определяли содержание СН групп. Чувствительность метода для грунтов составляет (3-4) 10"4 % по массе.

Для дерново-подзолистой и торфянисто-подзолистой почв исследовался состав и численность микроорганизмов. Подсчет микроорганизмов в почве проводили методом посева на плотные питательные среды. Интенсивность окисления органических компонентов в почве определяли по выделению СО2 газо-хроматографическим методом (Сеги, 19 83) .

Для дерново-подзолистой почвы определялась фитотоксичность путем высевания семян овса.

Для торфянисто-подзолистой почвы был выполнен фракционно--групповой анализ гумуса. Для минеральных горизонтов определение проводилось по схеме Тюрина, для органогенных - по схеме Тюрина в модификации Пономаревой, Николаевой.

Кроме того, на дерново-подзолистой почве были проведены исследования по возможности микробиологической очистки почвы от нефтепродуктов путем внесения препарата БАМИЛ в комплексе с различными группами микроорганизмов. Работа проводилось совместно с кафедрой технологии микробиологического синтеза Технологического Университета (Зольникова 1998) .

Таблица 1.

Агрохимическая характеристика исследуемых поч»

Почва Горизонт/глубин а рн Гидролитическая кислотность мг.экв/100 г почвы Сумма обменных оснований МГ'ЭКВ / 100 г почвы Общий углерод % Объемная плотност ь г/см' Максимальная гигроскопичност ь %

Н20 КС1

Поверхностно- эливиально- Глеевая АоА, (2-4 см) 4.1 3.3 16.6 7.8 3.60 1.14 30.9

А,Е1 (4-16 см) 4.3 3.4 9.7 3.2 1.76 1.41 8.6

Е1а, (16-28 см.) 4.5 3.7 6.8 1.5 0.41 1.60 5.5

В, (28 см. -ниже) 4.9 3.7 6.0 11.6 0.26 1.63 5.6

Торфяно-болотная Т, (3-12 см) 3.6 3.7 75.9 5.3 86.20 0.26 49.0

Т? (12-27 см) 3.6 2.8 82.3 4.1 80.40 0.61 37.9

й (27-30 см) 4.8 3.7 2.6 33.8 0.61 1.69 2.1

Дерново-подзолистая окультуренная А„„ (0-20 см) 6.2 5.3 2.6 6.4 1.50 1.39 2.8

А,о».л., (20-30 см) 6.4 5.5 3.5 4.2 0.96 1.41 2.7

Торфянисто-подзолистая А„ (2-9 см) 3.7 2.7 28.9 52.5 40.20 0,17 17,0

Д2 ( 9-17 (19) см) 4.0 3.1 5.7 1.0 0.56 1,20 0,3

В,.н<17(19)-44 см) 4.3 3.4 4.2 11.1 0.26 1,50 0,2

Глава 3. Результаты исследований и их обсуждение

3.1. Поверхностно-элювиально-глеевая почва.

Проведенные исследования показали, что загрязнение нефтепродуктами оказывает влияние на весь комплекс агрофизических свойств почв. Происходит значительное подделачивание, уменьшение гидролитической кислотности, суммы обменных катионов, емкости обмена, плотности сложения и максимальной

гигроскопичности и сильное увеличение содержания общего углерода. Однако, величина и глубина этих изменений оказывается различной для разных типов почв.

В случае поверхностно-элювиально-глеевой почвы происходило значительное изменение всех исследуемых параметров. Уменьшение гидролитической кислотности для двух верхних горизонтов через 1 мес. Составило 5 0%, а через 12 мес . 7 2% для А0А1 и 90% для А1Е1 и в дальнейшем уже практически не менялась вппоть до 24 мес . (рис . 1 ) .

Изменение плотности почвы через 1 мес . для А0А1 составляло 23 % и практически оставалось на том же уровне до 9 мес. Проникновение нефти в более глубокие слои почвы сопровождалось уменьшением плотности почвы. Через 9 мес. это составляло 4 0% для А^ и 66% для Ех» Через 12 мес. величины плотности почвы возрастают до 80-90% и в дальнейшем практически не меняются (рис. 2) .

Таким образом, основная нагрузка приходится на горизонты А0А1 и А1Е1. В течение первых месяцев с момента загрязнения горизонт Е^ является в значительной мере нефтеупором. Однако, с течением времени прослеживается вертикальная миграция и в этом горизонте. Нефть перемешается по граням структурных отдельностей, по крупным трещинам, порам и ходам корней. Максимум изменений приходится на 9 месяцев с момента загрязнения и в дальнейшем до 24 месяцев параметры практически не меняются.

Рис 2

Изменение свойств нефтезагрязненной почвы обусловлено наличием в ней большого количества органических веществ, и, как следствие этого, увеличение гидрофобности поверхности почвенных частиц.

Микроморфологическое исследовалие почвы показало, что загрязнение нефтепродуктами на первых стадиях приводит к снижению деятельности почвенной биоты, что проявляется в отсутствии гифов грибов и копролитов педобионтов. Пропитывая горизонты, нефть образует комплексы с органическим веществом и железом, что проявляется в значительном потемнении окраски почвенных горизонтов. Горизонты уплотняются, однако, при этом улучшается их агрегированность. Появляется большое количество обугленных растительных остатков. В случае элювиального и иллювиального горизонтов происходит некоторое ожелезнение растительных остатков, а также увеличение степени ориентировки глины и увеличение числа железисто-органических образований, что может быть связано с изменением гидрологического режима.

Через 12 месяцев после загрязнения отмечается появление гифов грибов, что свидетельствует об активизации микробиологических процессов, однако, деятельность почвенной фауны по-прежнему подавлена. Происходит дальнейшее уплотнение наряду с улучшением агрегированности. Горизонт испытывает значительное воздействие нефтепродуктов, что проявляется в потемнении окраски. В элювиальном горизонте возрастает доля внутрипоровой ориентировки плазмы, и появляются скорлуповатые натеки глинистого материала в порах, что говорит об усилении миграционных процессов.

Через 24 месяца после загрязнения в отношении живой фазы почвы наблюдается та же картина, что и после 12 месяцев. Агрегированность выражена наилучшим образом. Происходит измельчение и уплотнение конкреций. В элювиальном горизонте происходит осветление окраски, уменьшается плотность, снижается количество глинистых кутан и конкреций, что свидетельствует о замедлении процессов трансформации горизонта и тенденции к возвращению в естественное состояние. Иллювиальный горизонт, напротив, продолжает испытывать значительное влияние нефтепродуктов, мигрирующих из верхнего горизонта. Это проявляется в дальнейшем потемнении окраски, присутствии нефтепродуктов в виде характерных пятен и уплотнении.

Морфологическое изучение микроорганизмов, содержащихся в почвах с нефтью, показывает, что состав сообщества заметно обедняется. В нем, по существу остается только два вида организмов микромицетов. Часто встречаются р. Penicillum, Aspergillus.

Загрязнение нефтью ингибирует развитие аммонифицирующих бактерий и почвенных микроорганизмов, причем загрязнение сокращает количество микроорганизмов на один порядок. Селекционирующее действие нефти на почвенную биоту в первую очередь выражается в том, что в загрязненных почвах развивается значительно больше микроорганизмов, использующих н-алканы и ароматические углеводороды, чем в почвах без нефти. Результаты экспериментов показывают, что в нефтезарязненных почвах значительно уменьшается количество актиномицетов. Численность актиномицетов сокращается в 10-15 раз по сравнению с незагрязненной почвой.

Отмечается также увеличение в загрязненной почве количество азотфиксирующих микроорганизмов и олигонитрофилов, кроме того, азотфиксация может осуществляться углеводородокисляющими микроорганизмами и наоборот, типичные азотфиксаторы проявляют деградационную способность по отношению к различным углеводородам.

3.2. Торфяно-болотная почва.

При загрязнении нефтью торфяно-болотной почвы наибольшей трансформации подверглись два верхних торфяных горизонта. В горизонте Т уменьшение гидролитической кислотности в первый месяц составляло 27%, а к концу второго года - 22%. Для горизонта Т2 эти величины составляли соответственно от 19% через 1 месяц после загрязнения до 11 % через 2 года (рис. 3).

При изменении плотности почвы было обнаружено ее резкое и устойчивое уменьшение во всех горизонтах (рис. 4). Наиболее глубокие изменение отмечены для горизонта Т2 7 9% через 9 мес.

Таким образом, в случае торфяно-болотной почвы основная часть нефти задерживается подстилкой и двумя торфяными горизонтами. Торф обуглен, его физические характеристики меняются сильно и по всей видимости, необратимо.

Микроморфологическое исследование показало, что в отличие от поверхностно-элювиально-глеевой почвы для торфяно- болотной на начальных этапах после загрязнения отмечается возрастание численности гифов грибов при подавлении жизнедеятельности почвенной фауны. Возрастает число обугленных растительных остатков, наряду с некоторым их ожелезнением и происходит улучшение агрегированности торфяного горизонта. В глеевом горизонте усиливается трещиноватость, но в целом, пористость не меняется. Возрастает степень разложения растительных остатков, а также анизотропия плазмы и размеры конкреций.

Через 12 месяцев наблюдается резкий всплеск микробиологической активности, проявляющийся в появлении большого количества гифов грибов разных видов. Жизнедеятельность почвенной фауны по-прежнему подавлена. На фоне значительной агрегированности происходит снижение численности агрегатов. В глеевом горизонте поровая микроструктура сменяется на микроструктуру растрескивания, возрастает

по трещинам и вокруг зерен

плотность, отмечается миграция нефтепродуктов первичных минералов, увеличивается потечность численность новообразований.

плазмы

и

гумуса,

снижается

После 24 месяцев в торфяном горизонте не происходит никаких изменений за исключением снижения численности гифов грибов. Однако, глеевый горизонт проявляет тенденцию к нейтрализации негативных последствий. Происходит осветление окраски, некоторое разуплотнение, уменьшение количества нефтепродуктов. Она отсутствует в трещинах и только в отдельных случаях образует пленки вокруг зерен минералов. Степень потечности плазмы остается по-прежнему высокой.

3.3. Дерново-подзолистая почва.

Распределение нефтепродуктов в дерново-подзолистой почве выглядело несколько иначе, чем для двух предыдущих типов почв, возможно, в силу большей гомогенности субстрата дерново-подзолистой почвы, а также Солее легкого гранулометрического состава. Нефть распределялась более равномерно, пропитывая почвенную толщу на глубину 2 0 см после первого месяца компостирования. На более поздних этапах отмечалось постепенное просачивание нефти на глубину до 3 0 см.

Было обнаружено резкое снижение значений гидролитической кислотности. При достаточно низких ее значениях в контроле (2,6 и 3,5 мг. экв/100 г почвы для горизонтов через месяц после загрязнения гидролитическая

кислотность не диагностировалась. Через два месяца величина гидролитической кислотности почвы в Апаж составляла 30% от контроля, а в 9 месяцев - 60%. К концу первого года этот показатель достигал величины исходной почвы (рис. 5 ) .

Им«н (маропмткмй оелотметиа д«рмо«о-ПВДМЛЖТОИ ПММ

••ЮТ1 1 ме. 2мв 1«с 13«« Мик •рмм ffinmiiiiiii * »шиш wwwww

Рис. 5.

Для Апод п,х. уменьшение значений гидролитической кислотности было следующим: 2 3% от исходной почвы через 2 месяца, 57% - в 9 месяцев и 74% - к концу 12 месяцев. Через 2 4 месяца этот показатель достигал своей контрольной величины.

Имни« »im—i топвстисп—iw »дцчов»-лммлистейло1«»

Рис. 6

На рис. 6 представлено уменьшение величины плотности почвы на различных сроках после нефтяного загрязнения. Наибольшее уменьшение этого показателя отмечено для обоих горизонтов через 9 месяцев (на 32% от контроля в Ап»х и 45 % в А«од. в*х) • Через год после загрязнения отмечено восстановление величин объемной плотности до 90 % от первоначальных величин. К двум годам существенных изменений параметра не происходило.

На основании проведенных исследований можно сделать вывод, что практически по всем измеренным показателям, за исключением содержания общего углерода, к концу 12 месяцев произошла почти полная нейтрализация воздействия загрязнителя.

Из микроморфологических исследований видно, что на начальных этапах после загрязнения дерново-подзолистой окультуренной почвы происходит потемнение окраски за счет присутствия нефтепродуктов, подавление жизнедеятельности почвенной биоты, что сказывается в отсутствии гифов грибов и экскрементов педобионтов. Нефть присутствует в почве в виде индивидуальных образований, происходит уплотнение горизонта.

Через 12 месяцев происходит дальнейшее потемнение окраски, уплотнение, увеличение степени разложения органических остатков. Происходит активизация микробиологических процессов. В пахотном горизонте в значительном количестве отмечается наличие гифов грибов и колоний микроорганизмов. Нефтепродукты присутствую в виде пятен, снижается численность железисто-органических новообразований. В подпахотном горизонте исчезают глинистые кутаны и уменьшается размер конкреций. В целом, для данной почвы, на этом сроке загрязнения отмечаются наиболее значительные изменения.

Через 24 месяца после загрязнения происходит существенное осветление окраски верхнего горизонта, уменьшение количества нефтепродуктов, а также возрастания количества органических остатков за счет поступления свежего органического материала тех растений, которые за указанный срок произросли на загрязненной почве. В подпахотном горизонте, напротив, происходит дальнейшее потемнение окраски, возрастает плотность, численность обугленных растительных остатков, а также количество свободной нефти, мигрировавшей из верхнего горизонта.

Микробиологическая очистка нефтезагрязненной почвы.

Совместно с кафедрой технологии микробиологического синтеза Технологического Института (Технического Университета) был поставлен эксперимент по изучению возможности использования препарата БАМИЛ, а также БАМИЛ в сочетании с микроорганизмами-алканотрофами для рекультивации нефтезагрязненных участков почвы. Полученные результаты показали, что введение препарата БАМИЛ существенно улучшает свойства нефтезагрязненой почвы, поддерживая на высоком уровне содержание углерода и обеспечивая повышение гидрофильности и катионообменной способности субстрата. Введение в субстрат, загрязненный нефтью, органического удобрения БАМИЛ и микроорганизмов-нефтедеструкторов привело к стабилизации высокого содержания углерода, однако качество органических соединений изменилось. Это подтверждается ростом катионообменной способности почвы и ее гидролитической кислотности по сравнению с загрязненной почвой.

Интродукция в загрязненную почву бактерий и микромицетов нефтедеструкторов совместно с биоорганическим удобрением БАМИЛ способствовала восстановлению численности, но не биоразнообразия бактерий-аммонификаторов и актиномицетов и более интенсивному, чем в чистой почве, развитию олиготрофов. Уменьшение биоразнообразия микроорганизмов свидетельствует о неблагоприятной экологической ситуации в почве. Интродуцированные микроорганизмы-алканотрофы выжили в почве. Эти микроорганизмы активно окисляли УВ нефти. Особенно успешно действовали микромицеты. Интенсивное окисление нефти привело к уменьшению ее содержания в почве. Через 50 дней экспонирования микроорганизмов-алканотрофов в загрязненной нефтью почве произошло почти полное разложение нефти.

Введение одного БАМИЛа также стимулировало деструкцию нефти, но заметно слабее, чем в сочетании с микроорганизмами.

Определение фитотоксичности нефтеэагрязенных почв проводилось на дерново-подзолистой окультуреной почве разных сроков компостирования.

Проведенные исследования показали, что загрязнение нефтью существенно влияет на всхожесть семян. Через месяц после загрязнения происходит снижение всхожести в 2,3 раза. Через два месяца отмечалось улучшение всхожести более, чем в два раза по сравнению с первым месяцем. Для семян, проращенных на почве после девяти месяцев компостирования различия с контролем уже не существенны. Для одного года это значение остается на том же уровне 94,7% и к двум годам достигает величины 100 %, то есть различий для семян, проращиваемых на чистой, и на загрязненной почве не обнаруживается.

Длина проростков определялась на десятый день с момента посева. Через месяц с момента загрязнения происходило снижение длины проростков на 58% по сравнению с контролем. К девяти месяцам с момента загрязнения длина проростков на загрязненной почве на 61% ниже, чем в контроле. К 12 месяцам различия по длине проростков на загрязненной и контрольной почве становятся не существенными.

Таким образом, можно сделать вывод, что в случае дерново-подзолистой окультуренной почвы негативные последствия нефтяного загрязнения перестают

сказываться как на общей всхожести, так и на длине проростков высеваемых семян овса уже после первого года, прошедшего с момента загрязнения. К двадцати четырем месяцам картина становится еще более устойчивой, а различия между проростками на чистой и загрязненной почве - еще менее существенными.

3.4. Дииамиха содержания метильных и метиленовых групп углеводородов в исследуемых почвах Северо-Запада РФ.

Для определения остаточного содержания нефти в почвенных образцах при различных сроках внесения в почву нефтепродуктов использовали разработанный в лаборатории физико-химических мелиорации АФИ метод определения метильных и метиленовых групп углеводородов.

На инфракрасном спектрофотометре по поглощению в области 2910-2960 см"1 определяли содержание СН групп. Чувствительность метода для грунтов составляет (3-4) 10~4 % по массе .

Присутствие этих групп углеводородов в чистых почвах характеризуется сотыми долями процентов.

Спустя месяц после загрязнения в поверхностно-элювиально-глеевой почве значительное увеличение определяемых групп происходило в горизонте А0А1 (в 400 раз), а в горизонте А1Е1 увеличение СН групп уже на порядок меньше, однако, изменения происходили по всему профилю и составляли для элювиального и иллювиального горизонтов соответственно 0,13 и 0,09 % по массе по сравнению к 0,02 и 0,03 % в контроле. Через 9 месяцев после загрязнения изменение содержания метильных и метиленовых групп в двух верхних горизонтах незначительно, а в элювиальном горизонте происходило снижение количества этих групп почти в два раза по сравнению с предыдущим сроком внесения нефтепродуктов и составляло 0,07%. Через 12 месяцев количество СН групп углеводородов в верхнем горизонте все еще превышает контрольное более чем в 3 00 раз. Однако, в горизонте А1Е1 происходит существенное, в 19 раз, уменьшение загрязнителя и содержание определяемых групп углеводородов составляло 0,06% по сравнению с 0,045% в контроле. В элювиальном горизонте содержание СН было повышено в полтора раза по сравнению с контролем. Содержание определяемых углеводородов в иллювиальном горизонте после 12 месяцев компостирования соответствует контрольному.

В случае торфяно-болотной почвы максимальное увеличение диагностируемых групп углеводородов (более чем на 800%) происходит в верхнем торфяном горизонте. Увеличение их во втором торфяном горизонте уже почти в 6 раз ниже по сравнению с вышележащим горизонтом, однако, превышает содержание в контроле на 145%. Глеевый горизонт также испытывает влияние загрязнителя, однако, не столь существенно. Через 9 месяцев после внесения нефти содержание СН групп в верхнем торфяном горизонте снижается в полтора раза, однако, остается повышенным по отношению к контролю на 5 5 0%. Во втором торфяном горизонте также происходит снижение процентного содержания определяемых групп углеводородов, однако, оно остается повышенным по отношению к незагрязненной почве более чем на 10 0%. В глеевом горизонте происходит некоторое увеличение метильных и метиленоЕых группировок по сравнению с 1 месяцем после загрязнения, что связано с вертикальной миграцией нефтепродуктов вместе с почвенными водами. К 12 месяцам компостирования прослеживается та те тенденция постепенного снижения процентного содержания СН групп в торфяных горизонтах, однако, оно все еше выше на 200 и 83% по сравнению с контролем для Т1 и Т2, соответственно, и постепенное увеличение содержания этих групп в глеевом горизонте.

Наиболее равномерное и устойчивое изменение процентного содержания метильных и метиленовых групп углеводородов происходило в дерново-подзолистой окультуренной почве. После первого месяца компостирования отмечалось увеличение определяемых групп на 118 и 115% по сравнению с контролем в пахотном и подпахотном горизонтах, соответственно. В дальнейшем, к 9 месяцам после загрязнения процентное содержание исследуемых групп углеводородов снизилось в 2 и 2.5 раза в пахотном и подпахотном горизонтах по сравнению с 1 месяцем после внесения нефти, однако, превышало контрольные показатели на 58 и 44 %, соответственно. К 12 месяцам с момента загрязнения прослеживалась тенденция к постепенному уменьшению содержания СН групп углеводородов, однако, скорость уменьшения постепенно снижалась, а значения превышали контрольные на 31,5 и 6% для пахотного и подпахотного горизонтов.

3.5. Торфянисто-подзолистая почва.

Через один месяц после загрязнения нефть проникала на глуСину 15 см, через два месяца она пропитывала уже весь образец (30 см.).

Для загрязненной почвы Сыло характерно уменьшение гидролитической кислотности. Изменение происходило во всех горизонтах. Наибольшее изменение было отмечено в Ат для 2 мес. В дальнейшем значение практически не менялось до 5 мес. (рис. 7).

Иаммма мчмй гчярелипмаасй мсготиости • торфихто пщюлхггси почм

Рис. 7.

Динамика величины плотности почвы гредставлена на рис. 3.13. Максимальное уменьшение характерно для горизонта Ат, минимальные для ВЫБе. Со временем значения плотности почвы меняются незначительно. Для Максимальной гигроскопичности наблюдается та же картина (рис. 8).

Рис. 8.

В целом, изменения, происходящие с торфянисто-подзолистой почвой в результате нефтяного загрязнения, сходны с теми, что протекают в поверхностно-элювиально-глеевой. Основная нагрузка приходится на горизонты А» и Аг с последующей фильтрацией нефтепродуктов в горизонт Вг. с течением времени. Однако, если в поверхностно-элювиально-глеевой почве значительную роль играют процессы горизонтальной миграции загрязнителя, в силу того, что горизонт В, является нефтеупором, то в данном случае преобладают процессы вертикальной миграции, в силу более легкого гранулометрического состава горизонтов, в связи с чем возможно попадание нефтепродуктов в грунтовые воды и дальше вместе с ними, в гидрологическую сеть.

Фракционно групповой состав гумуса для этой почвы характеризуется увеличением выхода гуминовых и фульво-кислот по абсолютным значениям и снижением по относительным (% к Собщ почвы) по всем вариантам опыта. Наблюдается значительное увеличение доли нерастворимого остатка в органическом веществе почвы как по абсолютным, так и по относительным величинам. В незначительном количестве в горизонте Ат появляются, а в горизонте А2 увеличиваются гуминовые кислоты фракции 2 по всем вариантам опыта.

Микроморфологические исследования.

На начальном сроке после загрязнения торфянисто-подзолистой почвы происходила активизация деятельность почвенных микроорганизмов, что проявлялось в возрастании численности гифов грибов и подавлении жизнедеятельности почвенной фзуны, выражавшееся в отсутствии следов их жизнедеятельности. Отмечалось ожелезнение растительных остатков. В элювиальном горизонте снижалась порозность, увеличивалась численность обугленных растительных остатков, что говорит об изменении гидрологического режима. Исчезала анизотропия за счет маскировки нефтепродуктами. В иллювиальном горизонте также происходило потемнение окраски.

Через 2 месяца после загрязнения возрастала степень разложенности растительных остатков, а также снижалась численность гифов грибов. В элювиальном горизонте происходило дальнейшее потемнение окраски, увеличение плотности, нефть присутствовала в виде пятен, а также отмечалось усиление вертикальной миграции гумуса и плазмы, в то время как в иллювиальном горизонте возрастало количество гумуса и увеличивалось число новообразований.

Через 5 месяцев после загрязнения отмечалось осветление окраски и отсутствие гифов грибов. В торфяном горизонте появлялись экскременты педобионтов, что говорит о некоторой активизации жизнедеятельности почвенной фауны. В элювиальном горизонте наблюдалось некоторое разуплотнение, меньше количество обугленных растительных остатков и свободной нефти. В то же время иллювиальном горизонте происходило дальнейшее потемнение окраски и возрастание количества гумуса.

Однако, через 12 месяцев после загрязнения в верхних горизонтах происходило неожиданное потемнение окраски, наряду с возрастанием степени разложения органических остатков, а также обугленных растительных тканей. Происходило разуплотнение горизонтов, а для иллювиального горизонта отличий от этого же горизонта чистой почвы не было обнаружено.

При изучении состава микроорганизмов торфянисто-ползолистой почвы и его изменения после ее загрязнения нефтью учитывали следующие основные группы микроорганизмов: неспоровые бактерии, использующие преимущественно минеральные формы азота, использующие преимущественно органические формы азота, споровые бактерии, микромицеты (почвенные грибы), стрептомицеты.

Микробиологический анализ показал невысокую изначальную заселенность исследуемой почвы микроорганизмами. Влияние нефтезагрязнения отрицательно сказалось на численности учитываемых групп микроорганизмов за исключением горизонта Вьр**

В горизонте численность неспоровых и споровых бактерий уменьшилась

больше, чем на порядок. Наблюдения, проведенные в динамике (1, 2, 5, 12 месяцев после загрязнения) не выявили восстановления численности этих групп микроорганизмов. Такие же результаты получены и при учете стрептомицетов и целлюлозоразлагающих бактерий, отмечено также уменьшение численности микромицетов под действием нефтезагрязнений, но не в такой значительной мере, как остальных групп микроорганизмов.

Влияние нефтезагрязнений на микробоценоз горизонта А2 в целом также было отрицательным. Уменьшилась общая численность микроорганизмов, но в пределах отдельных групп она была различной. Наиболее чувствительной группой оказались неспоровые бактерии, через 1 и 2 месяца после загрязнения их численность уменьшилась в 3,5-4 раза по сравнению с контролем, через 5 месяцев наблюдалось некоторое возрастание числа неспоровых бактерий, но даже через 12 месяцев оно составляло примерно половину изначального количества (по сравнению с контролем). Так же чувствительны к нефтезагрязнению и стрептомицеты: они не были обнаружены в почве через 1, 2, 5 месяцев после загрязнения, лишь через год их удалось выявить в исследуемых образцах почвы.

Отмечено некоторое увеличение численности неспоровых бактерий, использующих органические формы азота, а также микромицетов, но колебание это находилось в пределах одного порядка и происходило, по-видимому, за счет видов, использующих нефтепродукты в качестве источников питания. Некоторое уменьшение численности отмечено и для споровых бактерий, и практически не изменилось число целлюлозоразлагающих микроорганизмов.

3.5. Полевые исследования торфяно-подзолистой почвы в районе нефтегазоносного бассейна.

Изучение изменения свойств торфянисто-подзолистой почвы при загрязнении нефтью в естественных условиях проводилось в районе Западно-Тэбукского нефтегазоносного бассейна.

Были заложены две почвенные катены от нефтяной скважины № 2 31: первая катена - на восток, где точка 1, расположенная вблизи границы буровой площадки, соответствует наиболее загрязненной почве, а точка 5 - менее загрязненной; вторая, протяженностью с юга на север, между скважинами № 231 и № 95 (точки 717) . Расстояние между точками 28 метров (схема 1) .

В первой катене значения рН уменьшались по мере удаления от источника загрязнения: от 7,5 в точке 1 до 4,3 в точке 5 для торфянистого горизонта. Во второй катене прослеживается та же закономерность: значения рН изменяются от 7,7 (точка 7 вблизи скважины №2 31) до 6,8 в точке 12 (средняя точка между двумя скважинами) . Величина рН в точке 17 (скважина №95) равнялась 7,7, а на среднем расстоянии между скважинами (точка 13) - 6,7.

Вниз по профилю влияние нефтепродуктов на уменьшение кислотности прослеживается до глубины 1 метра, хотя с глубиной эта тенденция становится менее выраженной.

Значения гидролитической кислотности находятся в прямой зависимости от величины рН. С приближением к источникам загрязнения показатели гидролитической кислотности значительно снижаются и в области значений рН 7,0 - 7,5 становятся равными нулю.

Закономерность изменения гидролитической кислотности в двух катенах была аналогичной изменениям рН. В точках 1-5 гидролитическая кислотность менялась от О до 21,9, а в точках 7-12 и 17-13 от 0 до 0,03 (0,04) мг .экв на ЮОг почвы.

Результаты определения емкости поглощения и суммы поглощенных оснований показывали уменьшение значений при приближении к источнику загрязнения. Зависимость изменений этих параметров в обеих катенах была такой же. Как и для кислотности почвы (табл. 3-4.

Содержание общего углерода увеличивалось при приближении к нефтяным скважинам, что обуславливается влиянием углерода, содержащегося в нефтепродуктах. Наиболее существенно это влияние оказалось в торфянистом горизонте, удерживающем загрязнитель, словно губка. Так, для торфянистого горизонта незагрязненной почвы отмечено содержание общего углерода 3 5,8%. Для точки, удаленной от нефтяной скважины на 100 м, оно возрастало до 43,3, а для точки, расположенной вблизи нефтяной площадки, составляло 5 6,5.

С глубиной степень загрязнения несколько снижалось, оставаясь в то же время весьма значительной. Влияние нефтепродуктов на увеличение содержания органического вещества сказывалось на глубине 70 см, где для горизонта составляло 4,4, тогда как для незагрязненной почвы оно не превышало 0,51.

Сравнивая результаты агрохимического анализа образцов, отобранных в районе эксплуатации нефтяных скважин, с опытами по искусственному загрязнению почв можно сделать вывод, что данные, полученные в естественных условиях и при модельных экспериментах вполне сопоставимы друг с другом. Данные модельных экспериментов дополняют и расширяют те, что получены в полевых условиях на естественных почвах, подвергающихся нефтяным загрязнениям, и позволяют более детально изучить и прогнозировать процессы, происходящие как в отдельных горизонтах, так и по всему профилю в целом.

№ 16

№15

№ 14

* •№ 13

*JVs 12

•№11

•№ 10

Х»9

№8

№7

* Точки отбора проб грибов • Точки отбора почвенных образцов

Ручей

IV., №2- №3 №4 №5

У"-1--•-•-

Схема 1.

Расположение нефтяных скважин, точек отбора почвенных образцов и проб грибов

Таблица 3.

Физико-химическая характеристика (тт. 1-5).

Горизонт, глубина. Сумма Емкость

№ см Себе. рН ГК по гл. поглощ.

точки оснований

% н2о кс1 мг*экв/100г почвы

Ат (0,5 - 7) 56,5 7,5 6,4 20,7 20,6

1 Аг (7 - 19(22)) 6,1 7,6 6,5 0,5 0,5

В*,. (19 (22) -50 (54) 5,2 7,4 6,3 1,5 1,4

Вг.н (50 (54)-90) 4,4 7,4 6,4 - 1,4 1,5

2 Ат (1 - 6) 51,4 7,2 6,0 29,7 29,8

А2 (6 - 18(20)) 5,4 7,5 6,1 0,5 0,5

3 Ат (0,5 - 8) 47,1 6,0 5,2 1 35,9 37,1

А2 (8 - 20) 4,7 6,3 5,3 0,2 0,6 0,9

4 Ат (0,5-7) 43,3 5,6 4,5 10 43,0 53,2

А2 (7 - 20 (24)) 3,9 5,9 4,8 0, 6 0,8 1,5

5 Ат (1 - 8) 40,8 4,3 3,2 21,9 44, 6 66,7

А2 (8 - 20(23) 2,4 4,5 3,4 2,7 1,1 3,7

Таблица 4.

Физико-химическая характеристика (тт. 7-17).

Горизонт, Сумма Емкость

№ точки глубина, см Сове. рН ГК по гл. поглощ.

оснований

% Н20 КС1 мг*экв/100г почвы

7 Ат (0,5-6) 56,5 7,7 6,8 18,2 18,3

А2 (6-17(21)) 6,0 7,8 6,9 0,3 0,4

8 Ат (0,5-6) 51,5 7,5 6,5 19,9 19,9

А2 (6-19(21)) 5,6 7, 7 6,6 0,4 0,5

9 Ат (0,5-5) 50,3 7,2 6,2 26,3 26,4

А2 (5-16(19)) 5,1 7,3 6,1 0,5 0,6

10 Ат (0,5-6) 48,1 7,1 6,1 30,6 30,7

А2 (6-18(21)) 5,0 7,2 6,2 0.5 0,6

11 Ат (1-7) 46,7 7,0 5,9 0,01 38,1 38,2

А2 (7-19(22)) 4,6 7,2 6,1 ---- 0,7 0,7

12 Ат (1-7) 46,3 6,8 5,7 0,03 44,5 44,5

А2 (7-18) 4,4 7,0 6,1 0,01 0,7 0,8

13 Ат (1-8) 43,9 6,7 5,6 0,04 46,6 46,7

Аг (8-19(24)) 3,7 6,9 5,8 0,02 0,8 0,8

14 Ат (1-8) 42,2 7,0 5,9 0,01 36,0 36,1

А2 (8-19(21)) 2,9 7,2 6,0 0,7 0,8

3.6. Классификация исследуемых почв по степени опасности нефтяного загрязнения.

На основании проведенных исследований было установлено, что наиболее загрязненной нефтепрдуктами почвой оказалась торфянисто-подзолистая почва.

Изменения физико-химических и физических свойств свойств почв после внесения нефти происходили во всех исследуемых горизонтах, причем значения параметров для разного времени компостирования (1,2,5,12 месяцев) различались незначительно. Наиболее существенные отличия показателей наблюдались во всех горизонтах через 2 месяца с момента внесения в почву нефтепродуктов.

Максимальные изменения величин гидролитической кислотности, плотности почвы и максимальной гигроскопичности были обнаружены в горизонте А, через 2 месяца компостирования, а максимальные отличия рН, суммы обменных оснований и содержания общего углерода - в горизонте Аг.

Через 12 месяцев почва лишь частично восстановила свои свойства, приходя в стационарное состояние.

Для торфяно-болотной почвы изменения ее агрохимических свойств происходило, в основном, в двух верхних горизонта. Отличие величин суммы обменных оснований, общего углерода и плотности почвы наблюдалось в горизонте О для 1, 2 и 9 месяцев после загрязнения. Максимальное изменение рН среды было обнаружено в горизонте Тг через 2 месяца после загрязнения, а максимальной гигроскопичности - в горизонте Т1 при том же времени с момента загрязнения.

Наибольшее отличие в сумме обменных оснований и плотности почвы было установлено в горизонте Тг через 9 месяцев после загрязнения, а максимальное содержание общего углерода - в горизонте О через 12 месяцев. Значения показателей, измеренных через 24 месяца после загрязнения практически не различались, то есть почва по своим свойствам достигла стационарного состояния.

Результаты агрохимического исследования поверхностно-элювиально-глеевой почвы после нефтяного загрязнения показали, что наибольшие изменения всех изученных свойств для трех верхних горизонтов наблюдались через 9 месяцев с момента загрязнения. В горизонте В, на этот момент отличий в свойствах почвы под влиянием нефтепродуктов не диагностировалось. Установлено, что увеличение содержания общего углерода было максимальным в горизонте А^ практически для всех периодов компостирования. Самые значительные изменения параметров были обнаружены в верхнем горизонте А0А1.

Об установлении стационарного состояния этой почвы, как и в случае других исследуемых почв, свидетельствовали практически одинаковые значения показателей почвы через 12 и 24 месяца после загрязнения.

Изучение физических и физико-химических свойств дерново-подзолистой почвы показало, что изменение рН, суммы обменных оснований и максимальной гигроскопичности было максимальным в пахотном горизонте в первый месяц с момента внесения нефти в почву. Через 2 месяца после загрязнения наблюдалось наибольшее изменение значения гидролитической кислотности в подпахотном горизонте, а максимальные величины изменения плотности почвы в обоих горизонтах были установлены через 9 месяцев после внесения нефти в почву. Содержание общего углерода было значительным по сравнению с исходной почвой и снижалось с течением времени, проходившего с момента загрязнения.

В табл. 5 представлены данные по изменению агрохимических свойств в процентах по модулю от значения чистой почвы для стационарного состояния почв. Для классификации исследуемых почв по степени опасности их загрязнения нефтепрдуктами был выбран следующий показатель:

Для стационарного состояния почв сумма изменений физических свойств почвы 2 принималась за 100% для торфянисто-подзолистой почвы, где указанные параметры изменялись во всех горизонтах почвы. Изменения этой величины в остальных почвах составляли соответствующий процент от 100%.

О степени загрязнения почв нефтепродуктами можно судить и по содержанию метильных и метиленовых групп углеводородов. Для почв Северо-Запада РФ при установлении стационарного состояния наблюдалась та же закономерность, как и при оценке степени загрязнения по агрохимическим свойствам свойствам (табл. 7).

Таблица 5.

Изменение агрохимических свойств нефтезагряэненных почв в стационарном состоянии в процентах по модулю от контроля.

Почва Гориэо нт РН ДГК Изменени е суммы обменных основани й ДС Ду ДМГ

Торфянисто-подзолистая А, 13 6 16 22 71 37

а2 17 16 40 446 13 25

Вгвь 15 22 28 28 6 34

Торфяно-болотная т, 8 23 15 4 23 48

Тг 11 114 3 8 31 27

э 0 0 0 36 8 0

Поверхностно- элювиально- глеевая АоА! 14 27 26 87 17 24

А,Е! 5 18 16 188 19 1

Е1а 0 5 0 19 6 6

в„ 2 0 7 0 2 0

Дерново- подзолистая окультуренная Апйх 0 0 35 116 0 7

^пол. п®* 0 26 5 110 7 4

Таблица 6.

Изменение физических свойств нефтезагряэненных почв в процентах по модулю

от контроля.

Почва I ДМГ+Ду

Торфянисто-подзолистая 100 %

Торфяно-болотная 73,6 %

Поверхностно-элювиально-глеевая 40,3 %

Дерново-г.одзолистая окультуренная 9,7 %

Таблица 7.

Изменение содержания метильных и метиленовых групп углеводородов стационарном состоянии в процентах по модулю от контроля.

Почва Степень загрязнения, %

Торфяно-болотная 13,3

Поверхностно-элювиально-глеевая 11,8

Дерново-подзолистая, окультуренная 0,06

Выводы

1. Проведена комплексная оценка изменения свойств различных типов почв при внесении нефти и нефтепродуктов, включающая в себя: морфологическое и микрсморфологическое описание почвенного профиля, исследование физико-химических и физических свойств почв, исследование микробиологических изменений, содержание некоторых функциональных групп углеводородов.

2 . Установлено, что загрязнение почвы нефтепродуктами приводит к увеличению

рН среды, уменьшению гидролитической кислотности, суммы обменных оснований, плотности почвы и максимальной гигроскопичности, что обусловлено большим содержанием органических соединений и, вследствие этого, увеличением гидрофобности поверхности почвенных частиц.

3 . Показано, что динамика свойств нефтезагрязненных почв зависит от типа

почвы. Для торфянисто-подзолистой почвы изменения охватывали весь почвенный профиль в течение двух лет, а для торфяно-болотной и поверхностно-элювиально-глеевой почвы - два верхних горизонта.

4. Выявлена степень деградации исследуемых почв по изменению их физических свойств и остаточному содержанию некоорых функциональных групп углеводородов.

5. Показано изменение микробиологических показателей нефтезагрязненных почв, хорошо согласуемое с их микроморфологическим описанием.

Список публикаций

1. Л. Ю. Бедрина. Трансформация свойств торфянисто-подзолистых почв в результате разлива нефти. II Санкт-Петербургская ассамблея молодых ученых и специалистов. Тезисы докладов. СПб., 1997.

2. Л. Ю. Бедрина, А. В. Смирнов. С. Володченко. Трансформация свойств торфянисто-подзолистых почв в результате разливов нефти. Неделя науки-98 (пятьдесят восьмая научно-техническая конференция с участием студентов, молодых ученых и специалистов). Тезисы докладов. С. Пб., 1998, с. 139

3. Л. Ю. Бедрина. Е. Е. Рохинсон. А. В. Смирнов. Изменение свойств торфянисто-подзолистых почв в результате разлива нефти. Вестник СПб. унта, сер. 3, 1998. вып. 3, №7.

4. Л. Ю. Бедрина, А. В. Смирнов. Изменение свойств торфянисто-подзолистых почв в результате нефтяного загрязнения в условиях модельного опыта. Материалы по изучению русских почв, вып. 1(28) . СПб. , 1999 , с. 61-63.

5. Л. Ю. Бедрина, М. Кхариф. Изучение возможности биологической очистки загрязненных нефтью почв. Докучаевские молодежные чтения 99, "Почва. Экология. Общество", Тезисы докладов, СПб.. 1999. с. 93-94.

6. Л. Ю. Бедрина. Т. С. Зверева, Э. Е. Рохинсон. Прогноз интенсивности загрязнения почв Северо-Запада при разливах нефти и нефтепродуктов. Использование Географических Информационных систем в Агрофизике и Агроэкологии. СПБИСТРО'99. Труды конференции, С-Пб. 1999, с. 23.

NH 6602