Специфика функционирования почвенного покрова при подземном хранении природного газа

Кулачкова, Светлана Александровна

Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему
Специфика функционирования почвенного покрова при подземном хранении природного газа
ВАК РФ 03.00.27, Почвоведение

Автореферат диссертации по теме "Специфика функционирования почвенного покрова при подземном хранении природного газа"

На нравах рукописи

КУЛАЧКОВА СВЕТЛАНА АЛЕКСАНДРОВНА

СПЕЦИФИКА ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ ПОЧВЕННОГО ПОКРОВА ПРИ ПОДЗЕМНОМ ХРАНЕНИИ ПРИРОДНОГО ГАЗА

Специальность 03.00.27 - почвоведение

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Москва-2006

Работа выполнена на кафедре географии почв факультета почвоведения Московского государственного университета им. М.В. Ломоносова.

Научный руководитель: кандидат биологических наук,

доцент Можарова Н.В.

Официальные оппоненты: доктор биологических наук,

профессор Степанов АЛ.

доктор биологических наук профессор Молчанов Э.Н.

Ведущее учреждение: Институт физико-химических и биологических

проблем почвоведения РАН (г. Пущино)

Защита состоится «ЛЗ » 2006 года в 15.30 в аудитории М-2

на заседании диссертационного совета К 501.001.04 при МГУ им. М.В. Ломоносова на факультете почвоведения по адресу: 119992, ГСП-2, Москва, Ленинские горы, МГУ им. М.В. Ломоносова, ф-т Почвоведения.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке факультета почвоведения МГУ.

Автореферат разослан « г.

Приглашаем Вас принять участие в обсуждении диссертации на заседании диссертационного совета или присылать отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью, по адресу: 119992, ГСП-2, Москва, Ленинские горы, МГУ им. М.В. Ломоносова, ф-т Почвоведения, Ученый совет. Факс (495) 939-28-63

Ученый секретарь диссертационного совета

кандидат биологических наук ^^^ Л.Г. Богатырев

ZOO<o ft

Актуальность темы. Глобализация антропогенных воздействий на все природные системы Земли, в том числе и на почвенный покров, ставит задачи, связанные с многообразными экологическими функциями почв -атмосферными, гидросферными, литосферными, биотическими (Добровольский, Никитин, 1990). Почва является регулятором биосферных взаимодействий, функционируя, она трансформирует, контролирует и регулирует проходящие через нее потоки и циклы вещества и энергии. Почвенный покров выступает как своеобразная полупроницаемая мембрана, осуществляющая газообмен между атмосферой и литосферой (Розанов, 1988). Поглощая и окисляя атмосферный метан, почвы являются важнейшей составляющей в его глобальной динамике. Этот процесс приобретает большое значение на объектах газовой промышленности, эксплуатация которых может приводить к превышению концентрации метана в атмосфере над фоновыми показателями. Кроме того, почвы поглощают, депонируют и окисляют автохтонный, образующийся в естественных переувлажненных ландшафтах, и аллохтонный, мигрирующий из газовых залежей, метан, осуществляя его скрытый сток и препятствуя эмиссии в атмосферу.

Проблемы эмиссии метана - второго по значимости парникового газа - в настоящее время весьма актуальны, так как его содержание в атмосфере ежегодно растет примерно на 1%. Главным источником метана являются переувлажненные ландшафты, поэтому большинство исследований посвящены составляющим цикла метана в болотных и рисовых почвах. По глобальным оценкам выбросы метана в газовой промышленности составляют около 8 % годового поступления в атмосферу, равного в среднем 500 Тг в год (Cicerone, Oremland, 1988). Но эти расчеты основаны на учете технологических потерь, составляющих 3-12% от добычи природного газа. Вклад миграционных потоков метана в атмосферу, как правило, не учитывается. Актуальность исследования функционирования почвенного покрова газоносных территорий обусловлена тем, что в настоящее время на этих объектах практически не изучены процессы окисления метана, его трансформации в почвах и эмиссии в атмосферу.

Цель работы: выявить специфику функционирования почвенного покрова при подземном хранении природного газа.

Задачи исследования:

1. Выявить пространственно-временные закономерности эмиссии и бактериального окисления метана в различных почвах фоновой и газоносной территорий в весенний, летний (в зависимости от гидротермических и технологических условий июля разных лет) и осенний периоды.

2. Оценить массовый баланс и соотношение эмиссии и окисления техногенно-аллохтонного и автохтонного метана в почвах газоносной территории в различные сезоны и годы.

3. Установить влияние техногенно-аллохтонного метана на формирование микробной биомассы и окислительно-восстановительный потенциал почв.

Научная новизна. ________j__

Впервые исследована многолетняя сбзевная щи®*ада^&$1Йционирования почвенного покрова, количественно опенен ЧЙЫЫШМЮбаланс эмиссии и

Л ¿"та Л

окисления метана почвами газоносной территории, расположенной в дерново-подзолистой зоне. На базе эколого-функционального подхода, выявлено функционирование почв в различных структурах почвенного покрова в зависимости от гидротермических, литолого-геоморфологических и антропогенных факторов. Показано влияние подземного хранилища газа на увеличение концентрации парниковых газов в атмосфере в весенний и осенний периоды в результате эмиссии техногенно-аллохтонного метана. Оценен вклад техногенно-аллохтонного метана в увеличение микробной биомассы дерново-подзолистых почв, предложена рабочая гипотеза механизма снижения и появления высокой вариабельности ЕЬ в почвах газоносных территорий.

Основные защищаемые положения. В результате проведенного диссертационного исследования на защиту выносятся следующие положения:

1. Специфика функционирования почвенного покрова газоносной территории заключается во взаимодействии техногенно-аллохтонного метана с твердым, жидким, газообразным и живым веществом почвенной системы. Использование эколого-функционального подхода позволило выявить пространственные закономерности функционирования почв газоносной территории в дерново-подзолистой зоне. Картографически показаны различия функционирования почв в зависимости от литолого-геоморфологических условий. Наибольшие изменения параметров функционирования под влиянием техногенно-аллохтонного метана происходят в автоморфных, меньше в полугидроморфных почвах.

2. Активность бактериального окисления метана в почвах, эмиссия, поглощение из атмосферы и их пространственные закономерности характеризуются временной динамикой, зависящей от гидротермических и технологических условий сезонов и лет.

3. В процессе окисления в почвах газоносных территорий происходит концентрирование углерода метана на биогеохимическом барьере, что проявляется в увеличении биомассы метилотрофных микроорганизмов и приводит к высокой вариабельности и снижению ЕЬ почв.

Практическая значимость.

1. Результаты исследований могут быть использованы при проведении экологического мониторинга на объектах газовой промышленности.

2. Активность бактериального окисления метана в автоморфньгх почвах рекомендуется определять как показатель наличия техногенно-аллохтонного метана, свидетельствующий об общей герметичности газохранилища и выявляющий неисправные скважины.

3. Установленные связи бактериального окисления метана с почвенными свойствами позволяют рекомендовать создание оптимальных условий аэрации в почвах в процессе их рекультивации, а также меры по удалению легкорастворимых солей для наиболее эффективной утилизации метана, поступающего по межколонному пространству скважин в почвы.

4. Установлено, что наиболее благоприятным периодом для закачки газа в газохранилище является середина лета - время с максимальным развитием бактериального фильтра.

Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались на: IX Международной конференции студентов и аспирантов по фундаментальным наукам "Ломоносов-2002" (Москва, 2002), Всероссийской конференции "VII Докучаевские молодежные чтения. Человек и почва в XXI веке" (Санкт-Петербург, 2004), IV Всероссийском съезде почвоведов (Новосибирск, 2004), Международной научной конференции "Экология и биология почв" (Ростов-на-Дону, 2005), а также на заседаниях кафедры географии почв факультета почвоведения МГУ им. М.В. Ломоносова.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 5 работ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 4-х глав, выводов, списка литературы, включающего 145 отечественных и 36 зарубежных работ, и приложения. Содержательная часть диссертации изложена на 151 странице, иллюстрирована 33 рисунками, 17 таблицами.

Автор выражает благодарность научному руководителю доценту Н.В. Можаровой, сотрудникам кафедры географии почв и лаборатории микробной трансформации азота и углерода кафедры биологии почв факультета почвоведения МГУ.

Глава 1. Современное состояние проблемы. Литературный обзор

Планетарная газовая функция почвенного покрова заключается в его участии в биосферном круговороте газов, включающем поглощение глубинных газов из нижележащих слоев литосферы; образование газообразных веществ и их эмиссию в прилежащие геосферы (атмосферу и литосферу); поглощение газов из атмосферы (Минько, 1988; Смагин, 1999).

На сегодняшний день перечисленные функции в отношении метана изучены неравномерно. Большинство известных работ посвящены циклу метана, его автохтонному образованию, окислению и эмиссии в атмосферу в естественных и антропогенных (рисовники) переувлажненных ландшафтах (Заварзин, Кларк, 1987; Заварзин, 1995, 1997, 1999; Слободкин и др., 1992; Паников и др., 1992, Паников, 1995; Степанов, 2000; Cicerone, Oremland, 1988; Hanson, Hanson, 1996; Le Мег, Roger, 2001; Chan, Parkin, 2001 и др.). Широко изучены микроорганизмы цикла метана: анаэробные метанобразующие (Беляев, 1976, 1988; Заварзин, 1972; Заварзин, Васильева, 1999 и др.) и аэробные метанокисляющие бактерии (Малашенко и др., 1978; Кондратьева, 1983; Гальченко, 1986, 2001; Hanson, Hanson, 1996; Заварзин, 1997, 2004; Дедыш, 2002; Паников, 1998; Panikov et al., 2001; Колесников и др., 2004; Adamsen, King, 1993; и др.), их морфология, физиология, условия роста, распространение. В ряде работ показано их распределение по профилю почв и сезонная динамика активности, установлено, что окисление метана происходит и в зимний период. Исследования эмиссии метана в атмосферу из природных систем ведутся довольно интенсивно. Средний поток метана в атмосферу в России, рассчитанный на основе прямых измерений и экстраполированных данных зарубежных ученых, составляет 24 Тг/год (Zelenev, 1996). При этом данные об эмиссии метана с газоносных территорий единичны (Ривкин, 1997; Гальченко, 2001; Можарова, Ушаков, 2004; Можарова, Беляева, 2005).

Потребление атмосферного метана аэробными метанокисляющими бактериями обнаружено в почвах умеренных и тропических лесных, сельскохозяйственных, пастбищных, пустынных, тундровых экосистем Западной Европы, России и Северной Америки, а также в дренированных торфяных и рисовых почвах (Кравченко и др., 2004; Семенов и др., 2004; Amaral et al., 1998; Adamsen, King, 1993, Boeckx, Van Cleemput, 2001; Chan, Parkin, 2001; Minami, 1997; Strieg et al., 1992; Whalen, Reeburg, 1990).

В наименьшей степени в настоящее время исследуется поглощение почвами аллохтонного метана, ограничивающее эмиссию в атмосферу на газоносных территориях. Изучение этого вопроса было начато в 30-х годах XX в., когда у земной поверхности обнаружили углеводороды, мигрировавшие из газонефтяных залежей. Было показано формирование газовых, битумных и бактериальных аномалий в водоносных горизонтах, породах и почвах (Могилевский и др., 1970; Бачурин и др., 1979). Г.А. Могилевским с соавторами (1979) установлено, что формирование бактериальных аномалий на ПХГ происходит в течение года вслед за появлением углеводородных газов в покровной толще пород. В отдельных случаях бактериальные аномалии фиксируются раньше газовых, помогают обнаруживать зоны скопления блуждающих газов и, что особенно важно, способствуют резкому снижению содержания метана и тяжелых углеводородов в толще покровных отложений. И.В. Ивановым (1969) установлены ландшафтно-геохимические закономерности распространения углеводородных газов и окисляющих их бактерий в черноземных почвах, показано снижение ОВП на 35 мВ в иллювиально-гипсовых горизонтах. Отмечена большая амплитуда колебаний ОВП над нефтяными залежами (Ковда, Славин, 1959). В результате функционирования биологического фильтра в почвах накапливаются различные продукты бактериальной жизнедеятельности (Могилевский, 1979). Было замечено увеличение содержания органического вещества и азота в почвах, подверженных влиянию углеводородов в местах разрыва трубопроводов и над нефтяным месторождением (Harper, 1939; Davis, 1952 (по Бирштехеру, 1957); Schollenberger, 1930 (по Hanson, Hanson, 1996)). Показано увеличение содержания битуминозного вещества в почвах над скоплениями углеводородов (Пиковский, 1993). Битуминозное вещество регионально-миграционного происхождения диагностируется по отсутствию среди полиароматических углеводородов хризена, 3,4-бензпирена, 1,12-бензперилена и их гомологов. В настоящее время исследуется бактериальный фильтр нефтегазоносных районов Сибири (Оборин и др., 2002,2004).

Глава 2. Объект и методы исследования

Объектом исследования был выбран почвенный покров одного из подземных хранилищ газа (ПХГ) и прилегающей территории регионального фона в Московской области (S ~ 60 км ). ПХГ состоит из промышленной зоны, подземного искусственного хранилища и горного отвода. В промышленной зоне (S 1,4 kmj в летний период с помощью эксплуатационных скважин происходит закачка газа, поступающего с месторождений севера Тюменской

области, а зимой — отбор и подача газа в магистральный трубопровод. Хранилище газа располагается в песчаниках и песках нижнещигровского горизонта на глубине 890-920 м. Покрышкой пласта-коллектора служит пачка глин с алевритистыми прослоями мощностью 11-25 м. Объем подземного пространства 2,5 млрд м3 (Бухгалтер и др., 2002). Максимальное горизонтальное распространение углеводородных газов в нем определяет собой ореол, зону рассеяния (далее — зона рассеяния) (S ~ 21 км2). На территории горного отвода расположена сеть наблюдательных, поглотительных и контрольных скважин.

Еще в 1960-1970-х годах газобактериальные съемки, проведенные на площади ПХГ, показали, что в верхних водоносных горизонтах, поверхностных водотоках и почвах вблизи эксплуатационных скважин в своде, а также на периферии структуры обнаруживаются участки с аномальной интенсивностью развития углеводородокисляющих бактерий. Это обстоятельство различными исследователями связывалось с влиянием миграции газа из пласта-коллектора к поверхности, что подтверждается повышенным содержанием метана во всех водоносных горизонтах и существенным разбалансом (разность в количестве закачиваемого и отбираемого газа) газа в пласте (по Бухгалтеру и др., 2002). В работах (Кузьмин, Никонов, 2001; Никонов, 2003) показано, что на исследуемом ПХГ существуют зоны вертикальной и горизонтальной трещиноватости. Интенсивная эксплуатация ПХГ, циклические воздействия, связанные с закачкой и отбором газа, способствуют формированию благоприятных условий для осуществления субвертикальной миграции газонасыщенного флюида вплоть до приповерхностной части геологической среды именно в этих зонах. Миграция газа также может осуществляться через литологические окна в глинистой покрышке, по затрубному пространству скважин за счет их плохой цементации, при прорыве через гидродинамический затвор и аварийных ситуациях.

Методы исследования

Полевые исследования проводили в мае, июле и ноябре 1998-2003 гг. Поверхностная газовая съемка осуществлялась по сетке квадратов через 700 - 1000 м в 32-42 точках согласно «Проекту международного стандарта ISO: методы отбора проб при оценке загрязнения почв, 1996», с учетом 5 категории сложности территории, а также на 7 ключевых участках. Эмиссию метана определяли камерным статическим методом со временем экспозиции 1 час, объем камеры —1100 см3. Пробы воздуха отбирали в герметично закрытые флаконы (V 15 мл) с насыщенным раствором NaCI, анализировали на газовом хроматографе с пламенно-ионизационным детектором (М 3700, Россия, адсорбент SE-30, металлическая колонка длиной 1м и Chrom-41, длина колонки 3,2 м, наполнитель Spherosil, газ-носитель - аргон). Общее количество образцов газовой съемки - 2108.

Почвенные разрезы закладывались в соответствии со сравнительно-географическим методом в сходных литолого-геоморфологических условиях на фоновой территории, в зоне рассеяния и в промышленной зоне. Общее количество заложенных разрезов - 51, из них 6 исследовались в сезонной динамике. В разрезах отбирались образцы на определение физических, химических (около 200 шт) и биологических свойств (около 270 urr); полевым потенциометром измерялся Eh почв в десятикратной повторности для каждого горизонта (данные Прониной В.В.); проводилась почвенная газовая съемка путем размещения пробоотборника на глубину 20,40 и 60 см на 1 час и последующего отбора пробы через выведенные на поверхность трубки.

Физические свойства. Гранулометрический состав определялся пирофосфатным методом, удельная поверхность почв - методом Кутелика (по Фацеку, 1969), плотность, общая пористость, воздухоемкость - буровыми, влажность - весовыми методами в ipex повторностях для каждою

горизонта (Вадюнина, Корчагина, 1986; Шеин и др., 2001). Коэффициент диффузии метана рассчитывался по графической модели (Смагин, 1999; Можарова, Ушаков, 2004) в зависимости от гранулометрического состава и отношения пористости аэрации (Гу и общей пористости (ОП) почв. Температура почвы на поверхности и в разрезах измерялась термометрами Саввинова.

Химические свойства. Содержание С^ определялось фотометрическим методом, легкорастворимых солей - методом водной вытяжки, рНН20 - потенциометрическим методом, (Воробьева, 1998). Содержание нефтепродуктов устанавливалось гексановым методом с люминесцентным окончанием (Тешшцкая и др., 1979).

Биологические свойства. Определение активности бактериального образования метана проводилось по выделению метана в инкубируемых в течение месяца закрытых флаконах. Потенциальная активность бактериального окисления и скорость абиотического поглощения метана определялись кинетическим методом по поглощению метана в инкубируемых закрытых сосудах (принципы методов Звягинцев, 1991). Во флаконы с увлажненной почвой вводили метан (-4000 ррт) и измеряли его убыль в течение трех суток. По параллельному опыту с добавлением ацетилена в качестве ингибитора процесса метанокисления оценивали абиотическое поглощение. Скорость метанокисления и абиотического поглощения вычислялись по формуле: V (иг/г в час) = (dC'K-V^)/(mn-t), где dC - разница концентраций при первом и последнем измерении, ppm; К-коэффициент пересчета концентрации в мг/м3 (0,657 при 20°С), ш„ - масса почвы, t - время, ч; при расчете скорости окисления метана dC = dC без CîHj - dC с С2Н2. Высокая начальная концентрация метана, используемая в приведенной методике, обусловлена особенностью объекта исследования -почвами, подверженными влиянию природного газа, в которых содержание метана может быть значительным. Окисление техногенно-аплохтонного метана определялось по следующей схеме: АБОСН4 аллохт.= АБОСН4Г - АМОСН4г - (АБОСН4Ф - АМОСН4ф), где АБОСН4 - активность бактериального окисления метана; АМОСН4 - активность микробиологического образования метана; аллохт. - метан техногеино-аллохтонного генезиса, ф - фоновая, г - газоносная территории. Если АМОСН4ф>АБОСН4ф, то ЛМОСН4ф не учитывалось. Определение биомассы и группового состава микроорганизмов проводилось по жирным кислотам методом хромато-масс-спектрометрии (Осипов и др., 1994, институт микробиологии РАН).

Названия природным почвам даны по "Классификации почв России" (2004), техногенным -по пособию "Антропогенные почвы" (2003).

Обработка результатов исследований проводилась в программах Microsoft Excel и Statistica, построение карт — в программах Mapinfo (5.0) и Surfer (8.0). Нижнее значение аномальных параметров для газовых аномалий рассчитывалось по формуле Са = Сф-о (логнормальное распределение), для бактериальных - Са = Сф+о (нормальное распределение) (Алексеенко, 2000).

Глава 3. Факторы почвообразования и почвенный покров

В главе приводится анализ биоклиматических, литолого-геоморфологических факторов почвообразования фоновой и газоносной территорий, антропогенного влияния в промышленной зоне и почвенного покрова изученной территории.

Особое внимание уделено климатическому фактору, влияющему на диффузионную проницаемость почв и развитие бактериального фильтра. Объект расположен в умеренно-континентальной климатической зоне. Средняя температура самого теплого месяца (июля) +17,0...+18,5°С. Количество осадков колеблется от 473 до 676 мм в год. Гидротермический коэффициент 1,2-1,6. Однако в мае, нередко июне испаряемость может преобладать над осадками (Почвы Московской области..., 2002). Многолетняя среднемесячная норма осадков в июле около 90 мм. Годы исследований отличались по гидротермическим условиям. За основу их группировки были взяты показатели июля (рис. 1) и выделены: 1999, 2000, 2002 годы - с дефицитным или близким к норме количеством осадков и повышенной температурой воздуха (далее - сухие годы), 1998, 2001, 2003 - с избыточным

количеством осадков и более низкой температурой (далее - влажные годы). Большое значение имеет сезонное изменение температуры и влажности почв.

псевдофибровые _| —т"

Рис 1. Средняя влажность и температура почв июля различных лет

Почвообразующими породами в пределах изучаемого района являются: 1) древнеаллювиальные пески и супеси; 2) суглинистые, супесчаные, песчаные отложения водно-ледниково-озерного, ледниково-озерного, ледникового, водно-ледникового происхождения; 3) техногенно-переотложенный материал в промышленной зоне, представленный неравномерной по гранулометрическому и минералогическому составу гетерогенной смесью гляциальных отложений и буровых отходов.

Естественный почвенный покров фоновой территории и зоны рассеяния углеводородных газов (Ф-ЗР) образован: I. Сочетаниями (агро)дерново-подзолистых, иногда глееватых, супесчаных и суглинистых почв (64,3-42,1%) с (агро)дерново-подзолисто-глеевыми супесчаными (28,2-23,7%), торфянисто-подзолисто-глеевыми (6,9-16,6%) и эутрофными торфяно-глеевыми (0,6-17,6%) почвами на песчано-суглинистых водно-ледниково-озерных отложениях; II. Сочетаниями (агро)дерново-подзолов псевдофибровых песчаных (44,5-54,6%) с (агро)дерново-подзолисто-глеевыми супесчаными (52,4-45,4%),

агроторфянисто-подзолисто-глеевыми (0,30%) почвами на песчаных древнеаллювиальных отложениях.

Антропогенно-нарушенный почвенный покров промышленной зоны представлен: III. Сочетанием комплексов-мозаик хемо-техно-подзолистых почв (ХП) на песчано-супесчаных водно-ледниково-озерных отложениях, хемо-техноземов (ХТГ) и (страто)хемоземов (ХЗ) на переотложенном техногенном материале с их глееватыми и глеевыми разностями. При этом хемо-техно-подзолистые почвы занимают 83% промышленной зоны, а хемотехноземы и (страто)хемоземы - 16 и 1%, соответственно.

Глава 4. Специфика, география функционирования почв фоновой и газоносной территорий

4.1. Специфические параметры функционирования почв и их пространственное распределение

Появление мигрирующего из газовой залежи техногенно-аллохтонного метана в почвенной системе приводит к специфическим изменениям в ее функционировании, под которым понимаются внешние и внутренние

взаимодействия основных ее компонентов: газов, растворов, твердой фазы и биоты (Таргульян, Соколова, 1996).

Почвенные свойства и процессы, изменяющиеся при взаимодействии метана газовой фазы с другими фазами или обуславливающие эти изменения, характеризуются параметрами (величинами) функционирования. В работе проведены отбор, оценка, ранжирование параметров функционирования для фоновых и газоносных территорий (табл. 1).

Таблица 1. Шкала параметров функционирования

При нарасгании потоков метана на газоносной территории происходит изменение параметров функционирования почвенного покрова, проявляющееся в увеличении содержания метана в свободной и сорбированной форме по сравнению с фоном, повышении его диффузионного массопереноса; активизации бактериального окисления метана и образования биомассы метилотрофов; изменении

величины ЕЬ в иллювиальных горизонтах автоморфных почв; эмиссии и повышении содержания метана в приземной атмосфере. Активность микробиологического образования метана, окислительно-восстановительный потенциал в почвах различного гидроморфизма, диффузионная проницаемость почв для метана, скорость абиотического поглощения

метана - функциональные свойства второго порядка, не связанные с потоками техногенно-аллохтонного метана, а зависящие от почвенных характеристик, но влияющие на изменение параметров свойств первого порядка, перечисленных выше.

Почвенный покров исследованной территории оценен по указанным выше функциональным параметрам (табл. 1, рис. 2, легенда) и составлена картосхема функционирования почвенного покрова газоносной территории (рис. 2). Параметры функционирования показаны на представленной легенде в виде цифровых символов в порядке (№) перечисления их в таблице 1. Цифра соответствует уровню параметра и определена по медианным значениям.

Мв Свойство Варьирование пврвыетрв \ро&внь параметре

1 Активность микробиологического образования метане нгг'ч* 0-0.01 1

0,01 0,1 2

0.1 1 3

»1 4

2 Активность бмприалымг» окисления метана, мг-г^ч*1 0 3 1

3 в 2

6 9 3

в-12 4

12 15 5

15-20 в

20-25 ?

»25 в

3 Козффициен [ диффузии метена см3 с1 (Гуоп) 6 ЬШ5${(> ¿4} 1

0.0001 0.0009(0,4 О.")) 2

0.001 0,006 (0.5-0,8} 9

0.01 0 09 (С 8 101 4

4 ЕЛ мВ <0 1

300 400 2

400 500 3

>600 4

Снижение 01 (м8) в иллювиальных гори»онтах автоморфных почв зоиы рессея—«я и промышленной »оны По сравнению с фоном при рН » в б 50 60 *

80 90 **

Стандартно« отклонение ЕЬ • иллювиальных гориаоигах «томорфиых почв <25 е

25 50 Ь

»50 с

Абиотическое погпощвте метане почвами нг г"'ч"1 (удельная поверхность почв у? Г*) <10(10 зс> 1

10 13(30 501 ±

13 1б;50 щ 3

16 - 20(70 100) 4

» 20 М 00 ЗС01 5

6 Содержание свободного метай* в почвах, ррш 0-2 1

2 4 2

А б 3

6 8 4

8 10 6

10 50 в

> 50 (до 300) 7

7 Содержание метана в примином елее атмосферы, ррт 0 2 1

2 4 2

4 в 3

в 10 4

•"0 15 6

15-20 «

20 50 7

8 Поглощение атмосферного метана и «миссия метана в атмосферу, >-0.04 41

0.04 (-0 02) 31

-0.01в (-0.010) 21

0 009 0 11

0 0

о ооое М

0010 0019 вг

0.02 ОСИ

»004 81

Для фоновой территории параметры функционирования подсчитаны в среднем за все годы, так как статистических отличий между ними не установлено. В зоне рассеяния и промышленной зоне содержание метана в почвах, в приземном слое воздуха и его эмиссия в атмосферу зависят от компрессии газа (нормальная / сниженная), а активность бактериального окисления

статистически отличается в годы с различными гидротермическими условиями. Перечисленные показатели для газоносной территории даны с учетом годовой динамики.

Рис. 2. Пространственное распределение специфических параметров функционирования почв на газоносной и фоновой территориях (А - картосхема, М1 45000, уменьшенный в 2 раза; Б -легенда)

Условн. обознач. Почвы и почвенные комбинации Б, км2 (%) ФОН | ЗОНА РАССЕЯНИЯ 1

Уровни параметров функционирования |

(Агро)дерново-подзолистые супесчано-легко-суглинистые на песчано-супесчаных, иногда легкосуглинистых волно-ледниково-озерных отложениях 25,3 (43,3) I 3 3(3) 4а 2(2). 1 1*2| Влажные ■ г. Сухие гг

¡я 2.4:3(3).4*Ь:2(2) 6/1 6/1 2/Ц 1.6-4(3):4»*Ь.2<2) .1/2-5/1 4/Ц

(Агро)дерново-подзолисто-глеееые супесчаные на супесчано-суглинистых водно-ледниково-озерных отложениях 11,3 (19,7) 1 4:3(2):3: 3(3) 1 1 Ц 2-5:1(1):3 3(3). -/1:-/1 -15] -

ш Торфя н исто- подтл исто- глеевы е на супесчано-легкосуглинистых водно-ледниково-озерных отложениях 3,7 (6,3) 1 3 2(1)2. 3(3)2.1 21 1 2 2(1 ).3 4<3)--/1 . 7/1 . 4121 1-5-3(3)-4-1(4)--/1 Ы\ 4/11

1 Я Эутрофные торфянисто- и торфяно-глеевые на глинистых водно-ледниково-озерных отложениях 1.6 (2,7) 2-12(1)1-2(5)-2:2-6Г 21.2(1) 1 ад-2.6/2:0/61 2 1 2(1) 1 2(5)-2:6/1. 8/51

5; ; (Агро)дерново-подзолы псевдофибровые супесчаные и песчаные на песчаных древнеаллювиальных отложениях 6,2 (10,6) 12 4(4)2 2(|):2:20 --Ч-)-Ч-) -/-•6/- 41/- 2 5 4(4) 4 2(2) -а 5/2-3|/7Т

'ч'А'Х (Агро)лерново-подзолисто-глеевые супесчаные на песчаных древнеаллювиальных отложениях 6,6 (11,3) 1 3 4(3)4. 2(3).2.2 Ц --Ч-1-Ч-). -/-■61- IV- 2-2-3(2).4 2(3). -/6 5/2-8/71

ш Агроторфянисто-подзолисто-глеевые на песчаных древнеаллювиальных отложениях 0,3 (0,5) 1:1:4(3)3 3(5) 4 2 - -

шш (Агро)дерново-подзолисто-глеевые супесчаные на слоистых отложениях временных водотоков 1,8 (3,1) 2.1 1(1)'4 1(1).1 121 - 1 3-3(3)4-3(4). 1/- 7/1 4 }/5Т

ПРОМЫШЛЕННАЯ ЗОНА |

Условные обозначения Почвы и почвенные комбинации Б, км2 (%) Усл. обозн. почв Уровни параметров функционирования Влажные гг. | Сухие гг.

Хемо-техно-дерново-подзолы псевдофибровые песчаные на песчаных древнеаллювиальных отложениях 0,2 (0,3) -/- • 6/- • 4 1 /- 2 5 4(4) 4 2(2) -/2-5/2 31 /7Т

Комплексы-мозаики хемо-техно-дерново-подзолистых (ХТДП 65,6%) почв на супесчаных водно-ледниково-озерных отложениях с хемо-техноземами (ХТГ 32,6%) и хемоземами (ХЗ 1,8%) на техногенном материале 0,4 (0,7) ХТДП 2 3 3(3):3**с-5(2)-/1:-/1 -/Ц 2 8 3(3) 4 1(2) -/1 -/1 . -/41

>14' со ХТГ 2 2 3(2).3.5(2) 6/1 7/1 4 1/ 5Т ---(-)- <-) -/- 7/1 3/21

ХЗ 1 11(1).3-5(2)--/2-7/1 :4/Ц ■■<-)- Ч-) -/- 7/1 31/0

Комплексы-мозаики хемо-техно-подзолисто-глееватых и глеевых почв (ХТП 43,8%) на супесчаных водно-ледниково-озерных отложениях с хемо-техноземами (ХТГ 53,8%) глееватыми и хемоземами (ХЗ 2,4%) глееватыми на техногенном материале 0,1 (0,2) ХТП 2 3-1(1)2 3(3) -/2 -/1 --/Ц --Ч-)" -(-) -/- -/2 -/41

»>>>>> ХТГ -/- 6/1 • 3|/0 2 5-3(3) 3 2(3) -/6 5/2 41/51

ХЗ 2 3 1(1 )'2.2(2). -/7:6/1 : 3 1 /7| 1 4 4(3)-4.2(2) -/1 -5/Г41 /5Т

ш Химически загрязненные торфянисто-подзолисто-глеевые на песчаных водно-ледниково-озерных отложениях 0,2 (0,3) - 1.7-3(3)4 4(2) 4/-: 5/- 41/-

Комплексы-мозаики хемо-техно-торфянисто-глеевых почв (56,1%) на супесчаных водно-ледниково-озерных отложениях с хемоземами (ХЗ 3,9%) глеевыми и хемо-техноземами (ХТГ 40%) глеевыми на техногенном материале 0,1 (0,2) ХТГ -/-•6/1:81 /31 4 4 3(3)12(1) 51- 5/1 8/7Т

ш ХЗ -/-•6/1-81 /34 3 6 1(1)3 1(5) -/1 • 5/1 • 8/6Т

ЛДДЛЛ ж Эутрофные хемо-техно-торфянисто-глеевые на глинистых водно-ледниково-озерных отложениях 0,4 (0,7) -/- -/1 . -/8Т 2 3 -(-) 3 5(5) -/- 6/1 8/71

Рис. 2, Б (продолжение) ____

Дополнительные условные обозначения: Е :у1т;1 - населенные пункты и техногенные объекты;

кардинально измененный антропогенный ландшафт; 1—1 - водные объекты;- - граница промышленной

тоны;----- граница зоны рассеяния углеводородных газов; • - разрезы; А - точки.

Процессы функционирования - молекулярная адсорбция на поверхности почвенных частиц, изменение диффузии при смене гранулометрического состава и влажности почвенных горизонтов, окисление микроорганизмами - приводят к формированию почвенно-геохимических барьеров - участков с замедлением миграции метана и его накоплением в почвенных средах. С этих позиций в работе исследованы сорбционные, диффузионные, биогеохимические и окислительно-восстановительные барьеры. Степень емкости барьеров соответствует градациям, приведенным в табл. 1. Для сорбционного (биогеохимического): малоемкий - 1 (1+2), среднеемкий - 2 (3+4), емкий - 3 (5+6), высокоемкий - 4 (7+8) и очень высокоемкий - 5. Для диффузионного - обратный порядок. Для окислительно-восстановительного: 1 - восстановительный; 2, 3,4, - малоемкий, емкий и высокоемкий окислительный барьер, соответственно.

4.2. Образование, депонирование, содержание, окисление и эмиссия метана в атмосферу в почвах фоновых территорий в летний период

Анаэробное разложение органических веществ в почвах завершается образованием автохтонного метана с помощью метаногенных бактерий. Продуцирование автохтонного метана происходит преимущественно в гидроморфных торфяно(торфянисто)-глеевых, в меньшей степени в торфянисто(дерново)-подзолисто-глеевых почвах со средней интенсивностью 0,539 и 0,015-0,030 нг/г в час, соответственно (Ме<1 0,086 и 0,007-0,009). В

автоморфных дерново-подзолистых почвах и дерново-подзолах псевдофибровых метанобразование, как правило, незначительно (Med 0,007 -0,005), за исключением некоторых поверхностно увлажненных гумусовых горизонтов. Образование метана идет внутри агрегатов, где могут создаваться анаэробные условия даже в автоморфных почвах (Звягинцев, 1973, 1979; Smith, 1980; Манучарова, Степанов, Умаров, 2001).

Метан депонируется почвой: задерживается при низкой диффузионной проницаемости, частично растворяется в жидкой фазе почв при уменьшении температуры, концентрируется на поверхности почвенных частиц путем молекулярной сорбции газа.

Емкость диффузионного барьера для метана зависит от коэффициента диффузии, отношения пористости аэрации к общей пористости, гранулометрического состава и резко различается в автоморфных, полугидроморфных и гидроморфных почвах, достигая максимума в почвах гидроморфного ряда и тяжелого гранулометрического состава (Можарова, Ушаков, 2004).

Емкость сорбционного барьера определяется абиотическим поглощением метана и удельной поверхностью почв и уменьшается от дерново-подзолистых почв на водно-ледниково-озерных отложениях (рис. За, I) к дерново-подзолам псевдофибровым на древнеаллювиальных отложениях (рис. За, II), что связано с уменьшением удельной поверхности и абиотического поглощения метана в почвах более легкого гранулометрического состава. Наблюдается увеличение рассматриваемых параметров от автоморфных к полугидроморфным и гидроморфным почвам с торфяными и глеевыми горизонтами с высокой удельной поверхностью, зависящей от содержания органического вещества (УП = 46,1+14,98-Сорг, г = 0,65, п = 211, р < 0,05).

) зона рассеяния углеводородов и фоновая территория 6) промышленная зона

Рис. 3. Сорбционные барьеры в различных почвах

Примечание 1 водно-ледниково-озерная равнина, II - древнеаллювиальная равнина; УП - удельная поверхность, м2/г, АП - скорость абиотического поглощения метана, нг/г в час, ИЛ - содержание ила, %, С -содержание органического углерода, %; п варьирует от 3 до 97.

Низкая удельная поверхность и абиотическое поглощение способствуют десорбции метана, увеличению его содержания в газовой фазе и затруднению использования микроорганизмами. Кроме того, количество самих микроорганизмов в почве зависит от ее сорбционных свойств (рис. 10).

Среднее содержание автохтонного метана увеличивается от автоморфных к полугидроморфным и гидроморфным почвам вслед за увеличением его микробиологического образования и емкости диффузионных и сорбционных барьеров: от 1,3 до 14,4 ррт на водно-ледниково-озерных отложениях и от 2,9 до 8,9 ррт - на более легких древнеаллювильных.

Окисление метана осуществляется специфической группой аэробных метанотрофных микроорганизмов. Помимо микробиологического образования метана метаногенными бактериями, метанокисляющая способность почв обусловлена выделением растениями метанола, активно потребляемого метанотрофами (Троценко и др., 2001). Поэтому исследование метанокисляющей способности фоновых почв важно для последующего установления влияния техногенно-аллохтонного метана.

Активность бактериального окисления метана на фоновой территории максимальна в дерново- (торфянисто)-подзолисто-глеевых почвах (Med 7,0 -9,5 нг/г в час; средние величины - см. рис. 4), что обусловлено оптимальными условиями увлажнения (10-15%, для торфянистых горизонтов - 25%) и аэрации. Для данных почв характерно аккумулятивно-элювиально-иллювиальное распределение метанокисления в профиле с повышением в верхних и нижних горизонтах, как правило, параллельно с увеличением микробиологического образования метана. Прямые корреляционные связи окисления и образования метана (г = 0,50-0,99, р < 0,05) отмечаются в профилях почв с окислительными условиями (Eh > 350 мВ), когда протекание обоих процессов возможно в одних и тех же горизонтах. Обратные связи наблюдаются в почвах с низким Eh, где окисление метана зависит от его транспорта из нижележащих метанопродуцирующих слоев.

Активность бактериального окисления метана снижается в автоморфных (Med 6,2 и 3,9 нг/г в час; среднее - см. рис. 4) и гидроморфных почвах (Med 1,4 нг/г в час). В первом случае это связано с уменьшением метанобразования. Для дерново-подзолистых почв и дерново-подзолов псевдофибровых характерно регрессивно-аккумулятивное распределение активности бактериального окисления и образования по почвенному профилю (значимые корреляционные связи установлены в почвах с повышенным метаногенезом в верхних горизонтах - г = 0,78-0,82, р < 0,05). Во втором случае бактериальное окисление метана лимитируется восстановительными условиями.

Бактериальное окисление уменьшается в почвах более легкого гранулометрического состава, сформированных на песчаных древнеаллювиальных отложениях, по сравнению с супесчано-суглинистыми водно-ледниково-озерными. В песчаных дерново-подзолах псевдофибровых с низкой удельной поверхностью активность окисления снижается в 1,5 раза в по сравнению с супесчаными дерново-подзолистыми почвами.

Циклы образования и окисления метана в автоморфных и полугидроморфных почвах являются замкнутыми, метанокисление доминирует над его образованием, эмиссия метана в атмосферу отсутствует или выражена очень слабо. В гидроморфных почвах дисбаланс метанобразования и метанокисления приводит к появлению свободного автохтонного метана, а хорошо выраженные диффузионные и сорбционные барьеры способствуют его накоплению. Избыток метана выделяется в атмосферу (рис. 4).

Условные обозначения:

I, II, III - сочетания почв (см. текст описания почвенного покрова на с 7). А У, ЕЬ, ВТ и др. -почвенные горизонты, ТГ - техногенные слои

Эмиссия и поглощение метана а) Л - при нормальной компресс-сии газа в ПХГ (1998, 1999), б) Ш - при низкой компрессии

(2000 - 2003); в) отсутствие эмиссии и поглощения метана; г) ( ] - на фоновой территории, без скобок - на газоносной территории.

Активность бактериального окисления метана (графики, среднее ± ошибка среднего, ч = 10 - 86): а) Ш -сухие годы, б) Еу.уЗ -влажные годы, в) Ф -фоновая территория, ЗР - зона рассеяния углеводородных газов. Другие обозначения.

а) сухие годы,

б) - влажные годы.

Рис. 4. Распределение эмиссии, поглощения (мг СН4 м'2 •сут'') и активности бактериального окисления метана (нгг' ■ ч~') в почвах фоновой и газоносной территорий в зависимости от гидротермических и технологических условий июля разных лет (средние показатели)

Таким образом, активность бактериального окисления метана на фоновой территории обусловлена его микробиологическим образованием в почвах и зависит от окислительно-восстановительных условий. Бактериальное окисление метана

увеличивается при повышении микробиологического образования от дерново-подзолов псевдофибровых и дерново-подзолистых почв к дерново(торфянисто)-подзолисто-глеевым и снижается в торфяно-глеевых почвах с восстановительными условиями. Эмиссия метана в атмосферу связана с дисбалансом его микробиологического образования и окисления и поэтому проявляется главным образом с торфяно-глеевых почв. Дерново-подзолистые почвы служат стоком для атмосферного метана.

4.3. Содержание аллохтонного метана, поглощение и депонирование.

бактериальное окисление, эмиссия метана в атмосферу в почвах газоносной территории в летние периоды различных лет

Содержание свободного рассеянного метана в почвах газоносной территории сильно варьирует по площади от 0,1 до 10000 ррт и зависит от многих причин. Главными из них являются объемы компрессии природного газа в пласт-коллектор, технические утечки газа и неравномерность его поступления в почвы, зависящая от гидротермических условий и емкости почвенно-геохимических барьеров. Газовые геохимические аномалии выделяются при содержании метана выше 1,4 ррт в автоморфных и 6,1 ррт в полугидроморфных почвах. В промышленной зоне наиболее высокие аномальные концентрации метана наблюдаются в хемотехноземах и хемоземах, иногда на емких диффузионных барьерах достигая 10000 ррт. По мере удаления от скважин в хемо-техно-почвах содержание метана падает (рис. 2, легенда). В зоне рассеяния концентрация метана снижается, по сравнению с промышленной зоной, и при полной закачке (компрессии) природного газа в пласт-коллектор составляет во влажные годы 13,4±0,8 ррт, на порядок превышая фоновые показатели для автоморфных почв. При низкой закачке газа содержание метана в почвах зоны рассеяния приближается к фоновому уровню и не может служить диагностическим признаком проявления газовой аномалии. В этих условиях важным критерием для выделения газоносной территории остается повышенная активность биологического окисления метана в почвах, характеризующая бактериальную аномалию (средневзвешенные показатели выше 17,9 нг/г в час в автоморфных и 13,9 в полугидроморфных почвах).

На газоносной территории активность бактериального окисления метана повышается (рис. 4), в автоморфных почвах в сухие годы статистически достоверно в 2 - 3 раза, по сравнению с фоновой территорией. В пределах зоны рассеяния углеводородных газов распределение активности бактериального окисления метана по профилю дерново-подзолов, дерново-подзолистых и дерново-подзолисто-глеевых почв имеет элювиальный характер с увеличением в нижней и средней части в 2-5 раз по сравнению с фоном (рис. 5).

Пространственные закономерности и интенсивность окисления техногенно-аллохтонного метана на газоносной территории варьируют в различные годы. Большое влияние оказывают гидротермические условия: уменьшение влажности почв при снижении количества осадков повышает диффузионную проницаемость почв и способствует более интенсивной миграции газа в профиль почвы. Установлено влияние на активность

бактериального окисления метана диффузионной проницаемости и отношения П^ОП. Наибольшая активность окисления метана наблюдается при коэффициентах диффузии > 0,01 см2/сек, П^ОП 0,5 - 0,8, влажности до 10%. Активность бактериального окисления метана статистически достоверно в 1,7 -2,9 раза выше в сухие годы, чем во влажные. При этом в дерново-подзолистых, дерново-подзолах псевдофибровых и хемо-техно-подзолистых почвах в сухие годы на окисление техногенно-аллохтонного от общей активности окисления приходится 63 - 74%, во влажные годы меньше - 26 - 37%.

Почвы

АБО метем, нг/г в час _(шдиты)_

AMO, мг/г в час (медианы)

Пд/ОП (медианы)

дерноео-подаолистые и дерноео-

подэолистые гпееватые

00 02 04 04 о,в

с» о« оло оло too

о о ю 1S зо

дерново-подэолисто-

вл ав ой

торфянисто-подзолисто-глеевые

о « ол ол ол

>|ийря

о » « i* as а

оз ол оя

торфяно-

W 15 »

0 03 а* «л М

дерново-подзолистые псевдофибровые

0 i 10

О О3 0.4 00 ол

дерново-

ПОДЭОЛИСТО-

глеееые

0 10 S 30

ОЛ 0,4 ол

0 03 ол ов ол

торфянисто-подзолисто-глеевые

ii.

дерново-подзолисто-глееяые

Рис 5. Некоторые параметры функционирования почв фоновой и газоносной территорий Условные обозначения: Ф- фоновая территория, ЗР - зона рассеяния; АБО - активность бактериального окисления, AMO - активность микробиологического образования метана в верхних (Щ) и нижних (В, О) горизонтах почв

Снижение доли окисления техногенно-аллохтонного метана происходит в полугидроморфных и гидроморфных почвах: в дерново-подзолисто-глеевых почвах - около 30%, в торфянисто-подзолисто-глеевых - 24%, в хемо-техно-подзолисто-глеевых почвах промышленной зоны - 37 - 46%, в хемо-техно-глеевых - 20%. Во влажные годы техногенно-аллохтонный метан в торфянисто-подзолисто-глеевых и торфяно-глеевых почвах не окисляется. Максимальное окисление техногенно-аллохтонного метана в дерново-подзолистых почвах в сухие годы достигается вследствие высокого коэффициента диффузии и окислительной обстановки. В условиях повышения влажности, при увеличении количества осадков или степени гидроморфизма, в торфянисто-подзолисто-глеевых и торфяно-глеевых почвах, скорость диффузии газов значительно замедляется, понижается окислительно-восстановительный потенциал. Это способствует удерживанию и накоплению техногенно-аллохтонного метана под нижними горизонтами. Вследствие депонирования метана под нижними горизонтами в вышележащие горизонты метан почти не поступает и не вызывает увеличения активности бактериального окисления метана. Недоокисление на биогеохимических барьерах метана, накопленного на диффузионных и сорбционных, способствует его эмиссии в атмосферу.

В промышленной зоне в хемо-техноземах и особенно хемоземах происходит снижение активности бактериального окисления метана по сравнению с хемо-техно-дерново-подзолистыми почвами (рис. 2, легенда), что связано с сильной трансформацией и загрязнением почв и почвоподобных тел нефтепродуктами и сильноминерализованными солевыми взвесями (0,3-1%). В результате однофакторного дисперсионного анализа установлено влияние на активность бактериального окисления метана содержания легкорастворимых солей (ЛРС), которые, как известно, ингибируют деятельность метанотрофов. Высокие показатели окисления могут наблюдаться при содержании ЛРС до 0,3% и резко снижаются при повышении засоления до 0,7% и выше. В хемо-техноземах и хемоземах глеевых повышение бактериального окисления метана обусловлено активным микробиологическим образованием. Возможно, в гидроморфных аккумулятивных условиях с более высокими концентрациями ЛРС развиваются галотолерантные метанотрофы (Рашкоу й а1., 2001; Ешинимаев и др., 2002). В промышленной зоне для хемо-техно-почв выявляются такие же закономерности сорбционной емкости почв, как в естественных условиях, а в хемо-техноземах и хемоземах наблюдается ее широкое варьирование (рис. 36).

В зоне рассеяния в летний период, как правило, преобладает поглощение атмосферного метана автоморфными и полугидроморфными почвами. Поглощение метана зависит от его концентрации в приземной атмосфере (поглощение = -0,55 + 0,51С СН» в атм., г = 0,78, п = 303, р< 0,05), поэтому на газоносной территории с более высоким содержанием метана в приземном слое воздуха в годы с нормальной компрессией оно интенсивнее, чем на фоновой. Эмиссия техногенно-аллохтонного метана возможна в сухие годы и в основном с дерново-подзолисто-глеевых почв на песчаных древнеаллювиальных отложениях (рис. 4), что, по-видимому, обусловлено появлением конвективных

газово-паровых потоков, полностью не ассимилируемых бактериями. Известно, что бактериальный фильтр поглощает и утилизирует слабые диффузионные потоки метана (Заварзин, 1997). При снижении компрессии газа конвективные потоки в сухие годы значительно ниже, и эмиссия метана в атмосферу проявляется в меньшей степени.

В промышленной зоне эмиссия метана в атмосферу уменьшается и сменяется на поглощение по мере удаления от негерметичных скважин при снижении концентрации метана и переходе от почвоподобных тел к природно-техногенным почвам (рис. 2, легенда, рис. 4). При нормальной компрессии природного газа в газохранилище в сухие годы эмиссия метана из хемоземов и хемо-техноземов глеевых в 2 раза превышает показатели влажных лет, что свидетельствует о том, что при определенных условиях и гидроморфные почвы могут пропускать потоки техногенно-аллохтонного метана в атмосферу (рис.4).

В почвах дерново-подзолистой зоны в летний период средняя интенсивность окисления техногенно-аллохтонного метана в 2,2 раза ниже (157 кг/га), а его эмиссии в атмосферу (0,8 кг/га) в 1,6 раза выше, чем в черноземных почвах (Можарова, Беляева, 2005).

Таким образом, в почвах газоносной территории формируются метановая и бактериальная аномалии. Окисление техногенно-аллохтонного метана увеличивается по сравнению с фоновой территорией, происходит главным образом в нижней части почвенного профиля. Интенсивность бактериального окисления метана уменьшается от автоморфных к полугидроморфным почвам, отсутствует в гидроморфных и зависит от гидротермических условий. Преобладает поглощение атмосферного метана. Эмиссия техногенно-аллохтонного метана проявляется локально и связана с неэффективной работой бактериального фильтра при возникновении конвективных газово-паровых потоков и техногенной трансформации почвенного покрова Интенсивности процессов зависят от компрессии газа.

4.4. Сезонная динамика активности бактериального окисления метана в почвах

весенний период (рис. 6) невысокая активность бактериального окисления

Рис. 6. Сезонная динамика активности бактериального окисления метана в зависимости от микробиологического образования, диффузионной проницаемости и температуры почв (средние дня профиля значения, п - 10-52, по данным 2003 года)

* дм минсраяыгаж гармэокто»

метана во всех почвах обусловлена длительным периодом выхода метанотрофных микроорганизмов из латентного состояния (Паников, Зеленев, 1992). Бактериальное окисление метана в почвах зоны рассеяния углеводородных газов в это время не превышает фоновое, что позволяет признать факт отсутствия окисления техногенно-аллохтонного метана. Максимальная активность бактериального окисления метана проявляется в летний период и уменьшается осенью. Окисление метана снижается в 1,4-2 раза, по сравнению с летним периодом, что связано с понижением температуры почвы и повышением растворимости метана в почвенной влаге, увеличением влажности и снижением диффузионной проницаемости почв. В осенний период для всех почв характерно увеличение активности бактериального окисления метана вниз по профилю, что объясняется миграцией метанотрофов в более теплые нижние слои почвы в холодное время года.

Таким образом, активность бактериального окисления метана растет от весны к лету и снижается осенью, что обусловлено сезонными колебаниями температуры и влажности почв, влияющих на жизнедеятельность микроорганизмов и поступление газа.

4.5. Сезонная динамика эмиссии и поглощения атмосферного метана

почвами

На фоновой территории в автоморфные почвы в течение всего года поступает метан из атмосферы (рис. 4, 7). С полугидроморфных почв наибольшие потоки автохтонного метана наблюдаются в весенний период, преимущественно отсутствуют или в 2 раза ниже в летний и в 2 - 5 раз меньше в осенний периоды. В гидроморфных почвах эмиссия автохтонного метана может происходить во все сезоны с минимальной интенсивностью осенью.

В зоне рассеяния и в промышленной зоне в весенний и осенний периоды из автоморфных почв может проявляться эмиссия техногенно-аллохтонного метана, обусловленная низким бактериальным окислением метана. Вместе с тем, при повышении температуры от зимнего к весеннему периоду происходит снижение растворимости метана в почвенной влаге и усиление интенсивности диффузионно-конвективных газово-паровых потоков, устремляющихся в атмосферу. В осенний период при снижении температуры почвы до 0-5°С и увеличении влажности усиливается растворимость метана в почвенной влаге, снижается диффузионная проницаемость, замедляется миграция газов и уменьшается содержание метана в почвенном воздухе. Уменьшение активности бактериального окисления метана в осенний период способствует его эмиссии в атмосферу. Результирующая величина эмиссии метана в атмосферу оказывается меньшей, чем в весенний период. В годы с низкой компрессией газа весной потоки метана в атмосферу снижаются на 2 порядка по сравнению с нормальной компрессией.

Таким образом, сезонная динамика эмиссии метана в атмосферу контролируется бактериальным окислением в почвах и диффузионной проницаемостью и зависит от компрессии газа

Рис. 7. Динамика средней эмиссии и поглощения метана (мг СНгм'2 ■ сут'1) в мае и ноябре в зависимости от компрессии газа в хранилище (условные обозначения как на рис 4)

4.6. Массовый баланс эмиссии и стока техногенно-аллохтонного метана в

почвах

В результате многолетнего почвенно-экологического мониторинга подсчитан сезонный и годовой массовый баланс окисления метана в почвах, эмиссии и поглощения из атмосферы на газоносной территории (Б почвенного покрова зоны рассеяния 1175 га, промышленной зоны 143 га).

В весенний и осенний периоды, как правило, эмиссия метана преобладает над процессами поглощения метана из атмосферы. В летний период поглощается столько же, сколько выделяется или в 4 раза больше, что наблюдалось в сухие годы с нормальной компрессией газа. Окисление в почвах в десятки и сотни раз снижает возможную эмиссию метана в атмосферу (табл. 2).

Среднее годовое окисление техногенно-аллохтонного метана почвами за весь период исследований составило около 340 т, превышая в 22 раза окисление микробиологически образованного автохтонного метана, составляющего ~16т.

Таблица 2. Соотношение эмиссии, окисления техногенно-аллохтонного и поглощения атмосферного метана на газоносной территории в различные сезоны_

компресс-сия зона весна лето (влажные-сухие гг) осень

т кг/га* т кг/га* т кг/га*

Эмиссия норма рассеяния 5,24 4,46 0,12-3,22 0,10-2,74 2,88 2,45

промышленная 1,16 8,12 0,81-0,16 5,66-1,14 0,24 1,69

сумма (среднее) 6,40 (4,85) 0,93 - 3,38 (0,70-2,57) 3,12 (2,37)

сниженная рассеяния 0,65 0,54 0,07-0,2 0,06-0,16 0,16 0,14

промышленная 0 0 0,01-0 0,03-0,08 0,02 0,14

сумма (среднее) 0,65 (0,49) 0,08-0Д0 (0,05-0,15) 0,18 <0,14)

Поглощение из атмосферы норма рассеяния 5,85 4,79 3,28-3,76 2,77-3,19 0,41 0,34

промышленная 0,07 2,22 0,34-0,21 2,56-1,54 0 0,10

сумма (среднее) 5,92 (431) 3,62-3,97 (2,75-3,02) 0,41 (0,31)

сниженная рассеяния 0,14 0,12 0,04-0,10 0,04-0,08 0,19 0,15

промышленная 0,05 0,35 0,05-0,11 0,27-0,71 0 0,11

сумма (среднее) 0,19 (0,14) 0,09-0,21 (0,06-0,15) 0,19 (0,15)

Окисление в почве рассеяния 0 0 188 160(76-174) 64 54

промышленная 0 0 19 131 (15-193) 5 35

сумма (среднее) 0 0 207 (157 (40-185)) 69 (52)

Эмиссия / поглощение из атмосферы норма 1,1/1 1/3,9-1/1,2 7,6/1

сниженная 3,5/1 1/1,1 -1/1 1/1

Средняя эмиссия/ окисление в почве 3,5/0 1/406-1/116 1/42

* - даны средневзвешенные величины интенсивностей с учетом доли различных типов почв в почвенном покрове

Годовая эмиссия техногенно-аллохтонного метана в атмосферу в зависимости от величины компрессии газа в газохранилище составляет 1-16 т, в среднем в 13 раз выше при нормальной компрессии газа, чем при сниженной. В целом в атмосферу выделяется на 1 - 2 порядка меньше метана (-1-10%), чем окисляется в почвах (90-99%) (рис. 8). Эмиссия автохтонного метана во все годы варьирует в небольшом интервале величин - около 1 т. Годовое поглощение атмосферного метана не превышало эмиссию в атмосферу.

Эмиссия техногенно-аллохтонного метана в атмосферу М: 13,57-16,01 (1,08-1,20) т И 10,3-12,2 (0,8-0,9) «г/га

Ж".

Эмиссия автохтонного метана в

атмосферу М. 0,87-1,44 (1,47-1,20)т И 0.7-1,1 (1,1-0,9) кг/га

Рис. 8. Массовый годовой баланс

техногенно-аллохтонного, автохтонного, атмосферного метана при подземном хранении газа: влажные годы -сухие годы при нормальной закачке (влажные годы - сухие годы при сниженной на 2/3 закачке).

М - масса метана, т/год; И - интенсивность процессов, кг/га в год.

4.7. Пространственно-временная динамика загрязнения атмосферы

метаном

Фоновое содержание метана в приземном слое атмосферы не превышает 2, над болотами 3 ррт. Увеличение концентрации метана в приземном слое атмосферы при подземном хранении природного газа обусловлено эмиссией техногенно-аллохтонного метана из недр и выбросами, утечками метана из наземных источников - компрессорных, газораспределительных станций, скважин. Последним объясняются более высокие концентрации метана в атмосферных ореолах рассеяния по сравнению с почвенными аномалиями. Атмосферные, как и почвенные, ореолы рассеяния метана зависят от объемов закачки газа в хранилище и резко различаются по содержанию и пространственному распределению метана (рис. 9). При больших объемах закачки газа и интенсивных выбросах, утечках турбулентное и диффузионное рассеяние газа, следуя "розе ветров", захватывает значительные пространства атмосферы и почв, превышая в 1,5-30 раз фоновое содержание метана в атмосфере, едва не достигая нормативных показателей (ОБУВ). Проявление ореолов рассеяния заметно по линиям геологической трещи новатости и геодинамических деформаций (Кузьмин, Никонов, 2001).

Условные обозначения: 1А. граница между атмосферной аномалией (А) содержания метана и

фоновой (Ф) территорией: а) М- в

теплый период года (Т, но данным для мая и июля) с высокой компрессией газа в ПХГ (98-99), б) —п—в холодный период года (X, по данным для ноября) с высокой компрессией, совпадает с линией геологической трещиноватости и геодинамической деформации, в) « - в теплый период года с низкой компрессией газа в ПХГ (00-03), г) ——— — - в холодный период года с низкой компрессией (а); 1В. граница бактериальной аномалии в теплый период года а) • • ►"•■» - при высокой компрессии газа в ПХГ, б) 1—11—1 -

при низкой компрессии, 1С - -

граница промышленной зоны ПХГ. II. [2.9 - 50.4] варьирование содержания метана в приземном слое атмосферы, ррт. III. Почвы. 1 - дерново-подзолисгые, 2 -дерново-подаолы псевдофибровые, 3 -дерново(торфянисто)-подзолисто-глеевые, 4 - торфян(ист)о-глеевые, 5 - сочетания мозаик хемо-техно-почв, хемо-техноземов и хемоземов с их оглеенными разностями; в - населенные пункты и техногенные объекты, 7 - кардинально измененный антропогенный ландшафт, 8 - водные объекты. .

Рис. 9. Загрязнение приземной атмосферы при подземном хранении природного газа в зависимости от гидротермических и технологических условий (М. 1. 45000, уменьшено в 2 раза)

При снижении закачки газа в газохранилище атмосферные и почвенные ореолы рассеяния метана не образуются или выражены фрагментарно в пределах промышленной зоны. Вслед за формированием приповерхностных ореолов рассеяния формируются бактериальные аномалии в почвах; они занимают большие площади, чем соответствующие им газовые (рис. 9). В холодное время года газовые и бактериальные аномалии практически исчезают, что обусловлено изменением гидротермических условий в гелиотермической зоне.

4.8. Влияние техногенио-аллохтонного метана на микробную биомассу и окислительно-восстановительный потенциал почв

В почвах газоносной территории установлено повышение активности бактериального окисления метана, особенно выраженное в нижней части профиля (см. главу 4.3). В процессе окисления метана, протекающего по схеме: СН, CHjOH НСНО -» НСООН -» С02 формируется биомасса метано(метило)трофных микроорганизмов. Численность метилотрофов на газоносной территории повышается в среднем на порядок (19 кл-106/г почвы) по сравнению с фоновой (8 кл-10б/г почвы). В песчаных почвах она в 3,4-6 раз ниже, чем в супесчаных. При высоких значениях Eh (>500 мВ) и нормальной аэрации биомасса облигатных метилотрофов (метанотрофов) составляет 5066% от всех метилотрофов (рис. 10, А). Эти микроорганизмы представлены родами Methylomonas и Methylococcus и определены по мононенасыщенным жирным кислотам с 16 атомами углерода. При недостатке кислорода и сниженном Eh (400-500 мВ) преобладают факультативные метилотрофы, доля биомассы которых увеличивается до 89-93%. Среди них выделяются организмы, способные помимо С (-соединений и органических веществ использовать этан, пропан и бутан (рис. 10, В). К таким газоиспользующим метилотрофам относятся роды Pseudomonas (3hl0, 3hl2, 2hl2), Mycobacterium (17:1), Nocardia (16:ld9t, 10Mel8). В почвах зон рассеяния и промышленной происходит значительное увеличение биомассы газоиспользующих микроорганизмов (в 4-12 раз), что свидетельствует об окислении углеводородов, поступающих от газовой залежи, содержащих до 4 объемных % этана, пропана и бутана. Среди остальных (рис. 10, С) метилотрофов преобладают роды Micrococcus (а15), Bacillus (il9, al3), Streptomyces (il6). Неодинаковый вклад метанотрофов и факультативных метилотрофов в увеличение общей биомассы метилотрофных микроорганизмов связан с различными условиями аэрации. При оптимальном содержании кислорода в результате реакции окисления метана в биомассу метанотрофов переходит 2863% углерода метана, в СОг - 30-50% и в экзометаболиты - до 18% (Гальченко, 2001). При недостатке 02 процесс окисления метана протекает неполностью, урожай клеток метанотрофов резко падает, выделяется большое количество промежуточных продуктов, которые и утилизируют факультативные метилотрофы (Иванов, 1988).

Средние запасы биомассы метилотрофных микроорганизмов в 20 см супесчаных и песчаных иллювиальных горизонтов (р 1,6 - 1,8 г/см3) на

газоносной территории составляют 1362,5 и 235 кг/га, а на фоновой территории - 635 и 164 кг/га. Прирост запасов углерода микробного происхождения за счет ассимиляции техногенно-аллохтонного метана в супесчаных почвах - 359,5 кг/га. Биомасса метилотрофных микроорганизмов, преобразовываясь, вносит некоторый вклад в формирование органического вещества почв.

Рис. 10 Средняя биомасса (,мг*104/г почвы) разных метилотрофных микроорганизмов в иллювиальных горизонтах дерново-подзолистых почв фоновой территории и зоны рассеяния и га хемо-техно-дерново-подзолис-в в | тых почв промышленной зоны

ici

Условные обозначения см. в тексте

Вследствие повышения численности метилотрофов при нарастании потоков техногенно-аллохтонного метана, усиливается выделение этими бактериями ряда метаболитов, содержащих восстановители Ре1+. Известно, что метилотрофные микроорганизмы, часто обнаруживаемые в ризосфере растений, способны синтезировать и выделять в среду фитогормоны ауксины, в частности индолил-3-уксусную кислоту, образуемую из аминокислоты триптофана (рис. 11). Выделяют несколько главных путей восстановления железа. Установлено, что индолил-3-уксусная кислота образует хелатный комплекс с ионами Ре3+. Этот комплекс разрушается в процессе ферментативной и химической деструкции, и в водном растворе в аэробных кислых нитратсодержащих условиях происходит переход Ре3+ в Ре2+ и его накопление в виде аквокомплекса (рис. 11). Приведенная реакция является одной из причин изменения окислительно-восстановительных условий в почвах газоносной территории. Вторая причина - интенсивное потребление кислорода метано(метило)трофными микроорганизмами и активизация

восстановительных процессов, в частности с участием железоредуцирующих бактерий. Третья причина - это разложение свежего органического вещества микробной биомассы, сдвигающее ОВ-потенциал. В результате в иллювиальных горизонтах автоморфных дерново-подзолистых почв, подверженных влиянию техногенно-аллохтонного метана, регистрируется снижение величины ЕЙ почв на 50-90 мВ по сравнению с фоновыми (рис. 11). Микробиологическая природа описанного явления обуславливает высокую вариабельность ЕЬ, так как снижение происходит по микролокусам почвы. Важность исследования окислительно-восстановительных условий обусловлена их влиянием на процессы образования и трансформации гумуса, его растворимости и минерализации, на устойчивость комплексов поливалентных металлов, подвижность органического вещества и т.д.

Таким образом, техногенно-аллохтонный метан, Поступающий в почву, окисляется метанотрофами и превращается в сложные органические соединения, пополняя запасы углерода в ней и влияя на окислительно-восстановительные

процессы. Вследствие более интенсивного прогресса окисления метана в почвах газоносной территории численность метилотрофов повышается на порядок, а биомасса метилотрофов и запас углерода микробного происхождения здесь в среднем 2,3 раза превышает фоновые показатели, снижение ЕИ составляет 50-90 мВ.

Малашснко кар, 1978, * Кондратьева, 1983, Гальчешсо 300! идр

повышение активности метанотрофо»

увеличение Йюммсы кешютрофов

Троиенхо и др. 2001, Иаановаядр.2001, Доронина и ар 2001 2004

выделение экзометаболитов

■ Й-СНгСНКН,СООН -

в^К^мн,

"Могилевсгий и др 1953 1061 1970,1979, Иванов, 1970,1977

Оборин ндр 1979 2004, Мопроса. Кулачкою, 2005 и др

выделение

СОз

увеличение биоыассы исшяотрофо»

Кузнецов, 1974. Маяашеню и яр (978 Гальчеикс, 2001, Р15Ьег 1985

снижение содержания О2 за счет потребления микроорганизмами

образование и разложение свежего органического

у Сердабалшснй, 1940,1 оршхова, Дементьева, 1971, Кауричев, Тарврииа, 1972. Кауричев. Ослов. 1982. Костстков.

часто высокая вариабельность (о,: в« » »53: »-25) н дан»»«

перевод Рс3'-) ре!,(рег*6П1гО]) в аэробных кислых нитретсодержащнх условиях

Камнев, Псрфми* 2000, Щелочи», 2004

Калют, К|ш1Шп,

1997

Рис. Л. Влияние техногенно-аллохтонного метана на микробную биомассу и ЕИ иллювиальных горизонтов дерново-подзолистых почв

Выводы:

1. Специфика функционирования почвенного покрова на газоносных территориях заключается во взаимодействии техногенно-аллохтонного метана с твердым, жидким, газообразным и живым веществом почвенной системы. Нарастание потоков метана приводит к изменению параметров функционирования почв по сравнению с фоновой территорией. Потоки природного газа задерживаются почвой и расходуются на: бактериальное окисление (99-90%), в результате которого в среднем 68% углерода метана ассимилируется в биомассе метано(метило)трофов, 32% - выделяется в виде С02 (Иванов, 1988; Гальченко, 2001) и влияет на почвенные микропроцессы; эмиссию в атмосферу (1-10%).

2. Эмиссия и бактериальное окисление метана различаются в структурах почвенного покрова фоновой и газоносной территории и зависят от гидротермических условий:

• на фоновой территории бактериальное окисление метана в летний и осенний периоды увеличивается от автоморфных к полугидроморфным

почвам и ограничивается восстановительными условиями в гидроморфных, способствуя эмиссии метана в атмосферу; • на газоносной территории в летний период эмиссия техногенно-аллохтонного метана проявляется фрагментарно, ограничивается активным внутрипочвенным бактериальным окислением в нижней части профиля дерново-подзолистых почв и дерново-подзолов, достоверно превышающим фоновые показатели в сухие годы в 2-3 раза. В (полу)гидроморфных почвах окисление техногенно-аллохтонного метана снижается или отсутствует. Средняя интенсивность окисления варьирует от 40 во влажные до 185 кг/га в сухие годы. В весенний (осенний) период отсутствие (слабое проявление) окисления техногенно-аллохтонного метана в почвах приводит к его максимальной (сниженной) эмиссии в атмосферу, выраженной на автоморфных почвах.

3. В результате многолетнего мониторинга оценен годовой массовый баланс эмиссии и окисления автохтонного и техногенно-аллохтонного метана в почвах газоносной территории. Окисление техногенно-аллохтонного метана в 22 раза выше автохтонного. Внутрипочвенное бактериальное окисление техногенно-аллохтонного метана больше его эмиссии в атмосферу на 1-2 порядка. Эмиссия техногенно-аллохтонного метана в атмосферу при нормальной компрессии газа на порядок выше, а при сниженной равна эмиссии автохтонного. Поглощение атмосферного метана составляет 30-70% эмиссионного потока.

4. Бактериальное окисление техногенно-аллохтонного метана в иллювиальных горизонтах почв газоносных территорий сопровождается увеличением численности и биомассы метилотрофов в среднем на порядок и в 2,3 раза, соответственно. Активное потребление кислорода метил отрофными микроорганизмами и выделение ими ауксинов, участвующих в редокс-превращениях Fe в аэробных условиях (Gazaryan et al., 1996; Kamnev, Kuzmann, 1997), ведет к статистически достоверному снижению Eh на 50-90 мВ и его высокой вариабельности (а > 25) по сравнению с фоном (а < 25).

Список работ, опубликованных по теме диссертации:

1. Кулачкова С.А. Биогеохимические барьеры в почвах газовых аномалий И Тезисы докладов IX Межд. конф. "Ломоносов-2002", секция Почвоведение. М., 2002, с.66.

2. Кулачкова С.А., Лисовицкая О.В. Биологический сток и преобразование метана в почвах газовой аномалии // Тезисы докладов Всероссийской конф. "VII Докучаевские молодежные чтения. Человек и почва в XXI веке". Санкт-Петербург, 2004, с.54.

3. Можарова Н.В., Иванов А.В, Кулачкова С.А., Пронина В.В. Влияние искусственной газовой залежи на почвы в зонах подземной трещиноватости геологических структур // Материалы IV съезда ДОП, С 10. Новосибирск, 2004, с. 363-364.

4. Кулачкова С.А., Пронина В.В., Можарова Н.В. Ассимиляция техногенно-аллохтонного метана в почвах газоносной территории // Материалы Межд. науч. конф. "Экология и биология почв". Ростов-на-Дону, 2005, с.242-247.

5. Можарова Н.В., Кулачкова С.А., Пронина В.В. Специфика функционирования почвенного покрова газоносных территорий // ВМУ, сер.17,2005, № 3, с.9-19.

¿OOSA

7SS3

1-7559

Подписано в печать 11.04.2006 !

Формат 60x88 1/16. Объем 1.5 п.л. Тираж 100 экз. Заказ № 509 Отпечатано в ООО «Соцветие красок» 119992 г.Москва, Ленинские горы, д.1 Главное здание МГУ, к. 102

Содержание диссертации, кандидата биологических наук, Кулачкова, Светлана Александровна

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ.

ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР.

1.1. Газовая экологическая функция почвенного покрова. Понятие функционирования.

1.2. Метан в атмосфере: источники и стоки.

1.3. Образование метана в почвах.

1.3.1. Метаногенез: микроорганизмы и экология процесса.

1.3.2. Газовый углеводородный фон в почвах.

1.4. Окисление метана и других углеводородов: микроорганизмы, экологические условия.

1.4.1. Облигатные метилотрофы (метанотрофы).

1.4.2. Метанотрофное сообщество.

1.4.3. Соокисление метана другими микроорганизмами.

1.5. Составляющие цикла метана в природных почвах.

1.6. Влияние газовой залежи на почвы.

1.6.1. Миграция газа к поверхности. Диффузия и конвекция.

1.6.2. Формирование аномалий над нефтегазовыми залежами.

1.6.3. Бактериальный фильтр на нефтегазоносных территориях.

1.6.4. Образование органического вещества в почвах под влиянием природного газа.

1.6.5. Другие признаки нефтегазоносности.

1.7. Сорбционная способность почв и пород.

1.7.1. Сорбция газов.

1.7.2. Адсорбция микроорганизмов.

1.8. Эмиссия метана в атмосферу.

1.8.1. Факторы, влияющие на эмиссию метана. Временная динамика.

1.8.2. Эмиссия метана в атмосферу на фоновых территориях.

1.8.3. Эмиссия метана в атмосферу на газоносных территориях.

ГЛАВА 2. ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ.

2.1. Характеристика объекта.

2.2. Методы исследования.

ГЛАВА 3. ПРИРОДНЫЕ УСЛОВИЯ, ФАКТОРЫ

ПОЧВООБРАЗОВАНИЯ, ПОЧВЕННЫЙ ПОКРОВ.

3.1. Климат

3.2. Растительность.

3.3. Геологическое строение.

3.4. Геоморфология.

3.5. Почвообразующие породы.

3.6. Антропогенный фактор.

3.7. Почвенный покров.

ГЛАВА 4. РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЯ. СПЕЦИФИКА, ГЕОГРАФИЯ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ ПОЧВ ФОНОВОЙ И ГАЗОНОСНОЙ ТЕРРИТОРИЙ.

4.1. Специфические параметры функционирования почв и их пространственное распределение.

4.2. Образование, депонирование, содержание, окисление и эмиссия метана в атмосферу в почвах фоновых территорий в летний период.

4.3. Содержание аллохтонного метана, поглощение и депонирование, бактериальное окисление, эмиссия метана в атмосферу в почвах газоносной территории в летние периоды различных лет.

4.4. Сезонная динамика активности бактериального окисления метана в почвах.

4.5. Сезонная динамика эмиссии и поглощения атмосферного метана почвами.

4.6. Массовый баланс эмиссии и стока техногенно-аллохтонного метана в почвах.

4.7. Пространственно-временная динамика загрязнения атмосферы метаном.

4.8. Влияние техногенно-аллохтонного метана на микробную биомассу и окислительно-восстановительный потенциал почв.

ВЫВОДЫ.

Введение Диссертация по биологии, на тему "Специфика функционирования почвенного покрова при подземном хранении природного газа"

Глобализация антропогенных воздействий на все природные системы Земли, в том числе и на почвенный покров, ставит задачи, связанные с многообразными экологическими функциями почв — атмосферными, гидросферными, литосферными, биотическими (Добровольский, Никитин, 1990). Почва является регулятором биосферных взаимодействий, функционируя, она трансформирует, контролирует и регулирует проходящие через нее потоки и циклы вещества и энергии. Газообразные и жидкие продукты функционирования выводятся из системы и поступают в огромные резервуары атмосферы и гидросферы, твердофазные - участвуют в почвообразовании (Таргульян, Соколова, 1996). Почвенный покров исполняет роль своеобразной полупроницаемой мембраны , осуществляющей газообмен между атмосферой и литосферой (Розанов, 1988). Поглощая и окисляя атмосферный метан, почвы являются важнейшей составляющей в его глобальной динамике. Этот процесс приобретает большое значение на объектах газовой промышленности, эксплуатация которых в определенные периоды может приводить к превышению концентрации метана в атмосфере над фоновыми показателями. Кроме того, почвы поглощают, депонируют и окисляют автохтонный, образующийся в естественных гидроморфных ландшафтах, и аллохтонный - мигрирующий из газовых залежей - метан, осуществляя скрытый сток и препятствуя эмиссии газа в атмосферу.

Проблемы эмиссии метана в атмосферу в настоящее время весьма актуальны, так как метан является одним из парниковых газов, наряду с СО2, N2O и фторкарбонами, но при этом обладает примерно в 20 раз более сильным парниковым эффектом, чем СО2. Концентрация метана в атмосфере ежегодно увеличивается примерно на 1 % и за последние 200 лет она практически удвоилась, достигнув в настоящее время уровня в 1,7 ррт. Суммарный поток метана в атмосферу составляет в среднем около 500 Тг в год, при этом остается открытым вопрос о доле различных источников в эмиссии метана. По глобальным оценкам выбросы метана в газовой промышленности составляют около 8% годового поступления метана в атмосферу (Cicerone, Oremland, 1988). Для территории бывшего СССР потоки метана из этой отрасли составляли около 11 Тг в год, что эквивалентно природной эмиссии метана из болот (Andronova, Karol, 1993). Метан, являясь основным компонентом природного газа, выделяется в атмосферу в результате целого ряда процессов, связанных как с функционированием газовой отрасли (технологические выбросы компрессорных станций, при продувке скважин, при сжигании топлива и др.), так и с потерями при добыче и на магистральном транспорте. Представленный на заседании Международного газового союза в 1993 г. группой Alphatania (Швеция) материал свидетельствует, что суммарные утечки метана из газовой промышленности составляют 3-12% от его добычи (по Акоповой и др., 1996).

Необходимо обратить внимание на то, что приводимые данные эмиссии метана из газовой отрасли в основном связаны с антропогенной деятельностью и не учитывают возможную миграцию метана от газовых залежей в атмосферу. Между тем, именно существование и влияние миграционного метана на газовую, живую фазы и свойства почв и грунтов легли в основу геохимических методов поиска нефтегазовых месторождений, разрабатываемых с 30-х годов XX века (Могилевский, 1953, 1961 и др.). В результате такой миграции образуются газовые и бактериальные аномалии в подземных водах, грунтах и почвах. При этом почвы являются конечным звеном в цепи перемещений метана в литосфере и, обладая широким спектром физико-химических и биологических свойств, выполняют регуляторную газовую функцию в биосфере, контролируя потоки газообразных углеводородов не только внутрипочвенного, но и глубинного происхождения в приземную атмосферу. Подземные хранилища газа позволяют исследовать микрокомпонентный состав газовой фазы почв и биологическую углеводородокисляющую активность при наличии как традиционных - внутрипочвенных и атмосферных — так и дополнительных глубинных источников газообразных углеводородов. Актуальность исследования функционирования почвенного покрова газоносных территорий обусловлена тем, что в настоящее время на этих объектах практически не изучены процессы окисления метана, его трансформации в почвах и эмиссии в атмосферу.

Цель исследования: выявить специфику функционирования почвенного покрова при подземном хранении природного газа.

Задачи исследования:

Научная новизна исследования определена его предметом и полученными результатами. Впервые исследована многолетняя сезонная динамика функционирования почвенного покрова, количественно оценен массовый баланс эмиссии и окисления метана почвами газоносной территории, расположенной в дерново-подзолистой зоне. На базе эколого-функционального подхода выявлено функционирование почв в различных структурах почвенного покрова в зависимости от гидротермических, литолого-геоморфологических и антропогенных факторов. Показано влияние подземного хранилища газа на увеличение концентрации парниковых газов в атмосфере в весенний и осенний периоды в результате эмиссии техногенно-аллохтонного метана. Оценен вклад техногенно-аллохтонного метана в увеличение микробной биомассы дерново-подзолистых почв, предложена рабочая гипотеза механизма снижения и появления высокой вариабельности Eh в почвах газоносных территорий.

Практическая значимость

2. Активность бактериального окисления метана в автоморфных почвах рекомендуется определять как показатель наличия техногенно-аллохтонного метана, свидетельствующий об общей герметичности газохранилища и выявляющий неисправные скважины.

4. Установлено, что наиболее благоприятным периодом для закачки газа в газохранилище является середина лета — время с максимальным развитием бактериального фильтра.

Автор работы участвовал в создании раздела «Воздействие ПХГ на почвенный покров» проекта «Оценка воздействия ПХГ на окружающую среду» (ОВОС), 2003.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 4-х глав, выводов, списка литературы, включающего 145 отечественных и 36 зарубежных работ, и приложения. Содержательная часть работы изложена на 153 страницах, иллюстрирована 33 рисунками, 17 таблицами.

Заключение Диссертация по теме "Почвоведение", Кулачкова, Светлана Александровна

ВЫВОДЫ

1. Специфика функционирования почвенного покрова на газоносных территориях заключается во взаимодействии техногенно-аллохтонного метана с твердым, жидким, газообразным и живым веществом почвенной системы. Нарастание потоков метана приводит к изменению параметров функционирования почв по сравнению с фоновой территорией. Потоки природного газа задерживаются почвой и расходуются на: бактериальное окисление (99-90%), в результате которого в среднем 68% углерода метана ассимилируется в биомассе метано(метило)трофов, 32% - выделяется в виде СО2 (Иванов, 1988; Гальченко, 2001) и влияет на почвенные микропроцессы; эмиссию в атмосферу (1-10%).

• на фоновой территории бактериальное окисление метана в летний и осенний периоды увеличивается от автоморфных к полугидроморфным почвам и ограничивается восстановительными условиями в гидроморфных, способствуя эмиссии метана в атмосферу;

• на газоносной территории в летний период эмиссия техногенно-аллохтонного метана проявляется фрагментарно, ограничивается активным внутрипочвенным бактериальным окислением в нижней части профиля дерново-подзолистых почв и дерново-подзолов, достоверно превышающим фоновые показатели в сухие годы в 2-3 раза. В (полу)гидроморфных почвах окисление техногенно-аллохтонного метана снижается или отсутствует. Средняя интенсивность окисления варьирует от 40 во влажные до 185 кг/га в сухие годы. В весенний (осенний) период отсутствие (слабое проявление) окисления техногенно-аллохтонного метана в почвах приводит к его максимальной (сниженной) эмиссии в атмосферу, выраженной на автоморфных почвах.

4. Бактериальное окисление техногенно-аллохтонного метана в иллювиальных горизонтах почв газоносных территорий сопровождается увеличением численности и биомассы метилотрофов в среднем на порядок и в 2,3 раза, соответственно. Активное потребление кислорода метилотрофными микроорганизмами и выделение ими ауксинов, участвующих в редокс-превращениях Fe в аэробных условиях (Gazaryan et al., 1996; Kamnev, Kuzmann, 1997), ведет к статистически достоверному снижению Eh на 50-90 мВ и его высокой вариабельности (с > 25) по сравнению с фоном (а < 25).

154

Библиография Диссертация по биологии, кандидата биологических наук, Кулачкова, Светлана Александровна, Москва

1. Адушкин В.В., Кудрявцев В.П., Турунтаев С.Б. Глобальный поток метана в межгеосферном газообмене. // ДАН. 2003. Т. 391. № 6. С. 813-816.

2. Акопова Г.С., Бордюгов А.Г., Гладкая Н.Г., Бордюгов Г.А. Проблемы оценки объемов утечек метана на объектах газовой промышленности. М.: ИРЦ Газпром, 1996. 43 с.

3. Александров Г.А., Соколов М.А., Степанов АЛ. Сравнительный анализ методов измерения эмиссии газов из почвы в атмосферу // Почвоведение. 1996. № 10. с.1192-1194.

4. Алексеенко В.А. Экологическая геохимия. М.: Логос, 2000. 627 с.

5. Аммосова Я.М., Каспаров С.В., Минько О.И. Анаэробиоз и газы в почвах // Взаимодействие почвенного и атмосферного воздуха. М.: изд-во Московского Университета, 1985. С. 65-75.

6. Архангелов А.А., Ермаков А.Н. Эмиссия газов из сезонно-талого слоя многолетнемерзлых пород на о. Муостах в море Лаптевых // Тезисы 1 международной конференции "Криопедология". Пущино, 1992. С. 71 72.

7. Арэ Ф.Э. Проблема эмиссии глубинных газов в атмосферу // Криосфера Земли. 1998. ТII. № 4. С. 42 50.

8. Бабьева И.П., Зенова Г.М. Биология почв. М.: Изд-во МГУ, 1989. 336 с.

9. П.Беляев С.С. Геохимическая деятельность метанобразующих бактерий // Экология и геохимическая деятельность микроорганизмов. Пущино: ОНТИ Научного центра биол. исследований АН СССР, 1976. С. 139-151.

10. Беляев С.С. Метанобразующие бактерии: биология, систематика, применение в биотехнологии // Успехи микробиологии. М.: Наука, 1988. Т. 22. С. 169-206.

11. Бирштехер Э. Нефтяная микробиология. JL, Гостоптехиздат, 1957. 314 с.

12. Бухгалтер Э.Б., Дедиков Е.В., Бухгалтер Л.Б., Хабаров А.В., Будников Б.О. Экология подземного хранения газа. М.: МАИК «Наука/Интерпериодика», 2002. 431 с.

13. Вадюнина А.Ф., Корчагина З.А. Методы исследования физических свойств почв. М.: Агропромиздат, 1986. 415 с.

14. Вечерская М.С. Процессы метанобразования и метанокисления в мерзлотных почвах Колымской низменности. Дисс. канд. биол. наук. М., 1995. 167 с.

15. Витязев В.Г., Кауричев И.С., Рабий А. Влияние состава поглощенных катионов и анионов на удельную поверхность почв // Почвоведение. 1980. № 9. С. 34 42.

16. Воробьева JI.A. Химический анализ почв. М.: Изд-во МГУ, 1998. 272 с.

17. Воронин А.Д., Витязев В.Г. К оценке величины внешней и внутренней удельных поверхностей твердой фазы почв по изотермам десорбции паров воды // Почвоведение. 1971. № 10. С. 50 58.

18. Гальченко В.Ф., Андреев JI.B., Троценко Ю.А. Таксономия и идентификация облигатных метанотрофных бактерий. Пущино: Изд. НЦБИ, 1986. 96 с.

19. Гальченко В.Ф. Метанотрофные бактерии. М.: Геос, 2001. 500 с.

20. Герасимова М.И., Строганова М.Н., Можарова Н.В., Прокофьева Т.В. Антропогенные почвы: генезис, география, рекультивация. Смоленск: Ойкумена, 2003. 268 с.

21. Глаголев М.В., Голышев С.А., Фирсов С.Ю. Оценка переноса метана из почвы в атмосферу болотными растениями // Болота и заболоченные леса в свете задач устойчивого природопользования. М.: Геос, 1999. С. 177 180.

22. Глазовская М.А., Добровольская Н.Г. Геохимические функции микроорганизмов. М.: Изд-во МГУ, 1984. 152 с.

23. Горшкова Е.И., Дементьева Т.Г. Динамика окислительно-восстановительного потенциала сухо-степных почв при затоплении // Биологические науки. 1971. № 9. С. 99 107.

24. Григорян А.Н., Горская JI.A. Биосинтез на природном газе. Обзор. Главное управление микробиологической промышленности при СМ СССР. М., 1975. 101 с.

25. Гусев М.В., Минеева JI.A. Микробиология. М.: Издательский центр "Академия", 2004. 464 с.

26. Дедыш С.Н. Метанотрофные бактерии кислых сфагновых болот // Микробиология. 2002. Т. 71. № 6. С. 741 754.

27. Дедыш С.Н., Паников Н.С. Влияние концентрации метана на скорость его бактериального окисления в сфагновом торфе // Микробиология. 1997. Т. 66. № 4. С. 563 568.

28. Дедыш С.Н., Паников Н.С. Кинетика окисления метана в сфагновом торфе в зависимости от рН, температуры и концентрации солей // Микробиология. 1997а. Т. 66. № 4. С. 569 573.

29. Добровольский Г.В., Никитин Е.Д. Функции почв в биосфере и экосистемах. М.: Наука, 1990. 204 с.

30. Доронина Н.В., Троценко Ю.А. Способ хранения метилотрофных и гетеротрофных микроорганизмов // Прикл. Биохимия и микробиология. 1992. Т. 28. №4. С. 631 -635.

31. Доронина Н.В., Иванова Е.Г., Сузина Н.Е., Троценко Ю.А. Метанотрофы и метилобактерии обнаружены в тканях древесных растений в зимний период // Микробиология. 2004. Т. 73. № 6. С. 817 824.

32. Ешинимаев Б.Ц., Хмеленина М.Н., Сахаровский В.Г., Сузина Н.Е., Троценко Ю.А. Физиолого-биохимические и цитологические особенности галоалкалотолерантного метанотрофа при росте на метаноле // Микробиология. 2002. Т. 71. № 5. С. 596 603.

33. Животченко А.Г., Давидов Е.Р., Давидова Е.Г., Рачинский В.В. Влияние продуктов окисления этана на ассимиляцию метана Methylococcus capsulatus // Микробиология. 1989. Т. 58. № 5. С. 736 739.

34. Заварзин Г.А. Литотрофные микроорганизмы. М.: Наука, 1972. 323 с.

35. Заварзин Г. А. Микроорганизмы и состав атмосферы // Рольмикроорганизмов в круговороте газов в природе. М.: Наука, 1979. С. 5 34. 38.Заварзин Г.А. Бактерии и состав атмосферы. М.: Наука, 1984. 192 с.

36. Заварзин Г.А. Роль микроорганизмов в формировании микрокомпонентного состава воздуха // Роль организмов в газообмене почв. М.: изд-во МГУ,1986. С.З- 14.

37. Заварзин Г.А., Кларк У. Биосфера и климат глазами биологов // Природа.1987. №6. С. 65-77.

38. Заварзин Г.А. Микробный цикл метана в холодных условиях // Природа. 1995. №6. С. 3-14.

39. Заварзин Г.А. Эмиссия метана с территории России // Микробиология. 1997. Т. 66. №5. С. 669-673.

40. Заварзин Г.А., Васильева Л.В. Цикл метана на территории России //

41. Звягинцев Д.Г. Газовая фаза почвы и микроорганизмы // Роль микроорганизмов в круговороте газов в природе. М.: Наука, 1979. С. 92 -104.

42. Звягинцев Д.Г. Методы почвенной микробиологии и биохимии. М.: изд-во МГУ, 1991.304 с.

43. Звягинцев Д.Г. Строение и функционирование комплекса почвенных микроорганизмов // Структурно-функциональная роль почв и почвенной биоты в биосфере. М.: Наука, 2003. С. 102 114.

44. Иванов И.В. Геохимическая дифференциация ландшафтов Волгоградского правобережья и ее учет при поисках нефти и газа. Автореф. дис. канд. биол. наук. М., 1969. 22 с.

45. Иванов И.В. Закономерности распределения метана и тяжелых углеводородов в степных ландшафтах (в связи с поисками нефти и газа) // Геохимические методы поисков нефти и газа и вопросы ядерной геологии. М.: Недра, 1970. С. 267 275.

46. Иванов И.В. Углеводородные газы и окисляющие их бактерии в почвах и ландшафтах // Почвоведение и агрохимия (проблемы и методы). Тез. докл. к V дел. съезду почвоведов в Минске. Пущино, 1977. С. 74 77.

47. Иванов М.В., Нестеров А.И., Намсараев Б.Б., Гальченко В.Ф., Назаренко А.В. Распространение и геохимическая деятельность метанотрофных бактерий в водах угольных шах // Микробиология. 1978. Т. 47. С. 489-494.

48. Иванов М.В. Микробиологический метод борьбы с метаном в угольных шахтах // Вестн. АН СССР. 1988. № 3. С. 16 22.

49. Иванов М.В., Каравайко Г.И. Геологическая микробиология // Микробиология. 2004. Т. 73. № 5. С. 581 597.

50. Камнев А.А., Перфильев Ю.Д. Физико-химические и экологические аспекты взаимодействия индолил-3-уксусной кислоты с железом (III) // ВМУ, сер. 2. 2000. Т. 41. № 3. С. 205-210.

51. Кауричев И.С., Тарарина Л.Ф. Об окислительно-восстановительных условиях внутри и вне агрегатов серой лесной почвы // Почвоведение. 1972. № Ю. С. 39-42.

52. Кауричев И.П., Орлов Д.С. Окислительно-восстановительные процессы и их роль в генезисе и плодородии почв. М.: Колос, 1982. 247 с.

53. Квасников Е.И., Малашенко Ю.Р., Романовская В.А., Запотылько Э.Ф. Использование газообразных углеводородов бактериями, выделенными в районе Западноукраинских нефтегазовых месторождений // Микробиология. 1968. Т. 37. С. 662-667.

54. Кевбрина М.В., Охапкина А. А., Ахлынин Д.С., Кравченко И.К., Ножевникова А.Н., Гальченко В.Ф. Рост мезофильных метанотрофов при низких температурах // Микробиология. 2001. Т. 70. № 4. С. 444 451.

55. Классификация и диагностика почв России / Шишов JI.JL, Тонконогов В.Д., Лебедева И.И., Герасимова М.И. Смоленск: Ойкумена, 2004. 342 с.

56. Кондратьева Е.Н. Хемолитотрофы и метилотрофы. М.: изд-во МГУ, 1983. 176 с.

57. Ковда В.А., Славин П.С. Теоретические основы почвенно-геохимических показателей нефтеносности // Почвенно-геохимические методы поиска нефтяных месторождений. М.: Изд-во АН СССР, 1953. С. 3 15.

58. Ковда В.А., Славин П.С. Почвенно-геохимические аномалии в районе нефтяных месторождений // Геохимические методы поисков нефтяных и газовых месторождений. М.: Изд-во АН СССР, 1959. С. 386 389.

59. Колесников О.М., Дедыш С.Н., Паников Н.С. Ингибирование минеральными солями роста и потребления метана Methylocapsa acidiphila // Микробиология. 2004. Т. 73. № 4. С. 574 576.

60. Костенков Н.М. Окислительно-восстановительные режимы в почвах периодического переувлажнения. М.: Наука, 1987. 192 с.

61. Кравцов А.И. Горючие полезные ископаемые, их поиски и разведка. М.: Высш. школа, 1970. 296 с.

62. Кравченко И.К., Токарева Е.В. Влияние азотных соединений на окисление метана в верховом болоте. Тверская область // Болота и заболоченные леса в свете задач устойчивого природопользования. М.: Геос, 1999. С. 201 203.

63. Кравченко И.К. Ингибирующее действие аммония на активность метанотрофного микробного сообщества верхового болота // Микробиология. 1999а. Т. 68. № 2. С. 241 246.

64. Кравченко И.К. Влияние азотных соединений на окисление метана в верховом сфагновом болоте Западной Сибири // Микробиология. 19996. Т. 68. №2. С. 247-251.

65. Кравченко И.К., Семенов В.М., Кузнецова Т.В., Дулов J1.E., Семенова Н.А., Гальченко В.Ф., Боукс П., Ван Климпут О. Окисление метана и превращение азота в серой лесной почве // Почвоведение. 2004. № 1. С. 60 67.

66. Крылов Д.А. Оценка данных по воздействию на здоровье людей и окружающую среду угольной и газовой промышленности в России // Территория Нефтегаз. 2003. № 3.

67. Кузьмин Ю.О., Никонов А.И. Эколого-геодинамическая опасность подземных хранилищ газа // Информационное обеспечение и рациональное природопользование. М.: Единство, 2001. С. 163-171.

68. Ландина М.М. Физические свойства и биологическая активность почв. Новосибирск: Наука, 1986. 142 с.

69. Лебедев B.C. Биохимические газы в осадочных отложениях и способы их диагностики // Роль микроорганизмов в круговороте газов в природе. М.: Наука, 1979. С. 255 269.

70. Малашенко Ю.Р., Романовская В. А., Богаченко В.Н., Хотян Л., Волошин Н.В. Особенности углеродного питания микроорганизмов, растущих на природном газе // Микробиология. 1973. Т. 42. С. 405 408.

71. Малашенко Ю.Р., Романовская В.А., Богаченко В.Н., Крыштаб Т.П. Влияние органических веществ на ассимиляцию метана облигатными метилотрофами // Микробиология. 1974. Т. 43. С. 343 348.

72. Малашенко Ю.Р., Романовская В.А., Богаченко В.Н., Волошин Н.В., Крыштаб Т.П. Ассимиляция углеводородных компонентов природного газа монокультурами бактерий и их искусственными ассоциациями // Изв. АН СССР, сер. биол., 1975. № 1.С. 44-51.

73. Малашенко Ю.Р., Романовская В.А., Троценко Ю.А. Метанокисляющие микроорганизмы. М.: Наука, 1978. 197 с.

74. Манучарова Н.А., Степанов A.JL, Умаров М.М. Особенности микробной трансформации азота в водопрочных агрегатах почв разных типов // Почвоведение. 2001. № 10. С. 1261-1267.

75. Мастепанов М.А. Кинетика газообмена в профиле сфагнового болота: от метаногенеза к эмиссии. Автореф. дис. к.б.н. М., 2004. 24 с.

76. Метан / Алексеев Ф.А., Войтов Г.И., Лебедев B.C., Несмелова З.Н. М.: Недра, 1978. 310 с.

77. Методические рекомендации по выявлению деградированных и загрязненных земель // Сборник нормативных актов "Охрана почв". М.: изд-во РЭФИА, 1996. с. 174-196.

78. Минько О.И. Образование углеводородсодержащих газов и водорода переувлажненными почвами. Дис. канд. биол. наук. М., 1987. 176 с.

79. Минько О.И. Планетарная газовая функция почвенного покрова / Почвоведение. 1988. № 7. С. 59 75.

80. Могилевский Г.А. Микробиологический метод поисков газовых и нефтяных залежей. М.: Гостоптехиздат, 1953. 56 с.

81. Могилевский Г.А. Некоторые закономерности в распределении природных газов и микроорганизмов в зоне нефтяных и газовых месторождений // Труды Ин-та микробиологии. М., 1961. № 9. С. 46 56.

82. Могилевский Г. А., Богданова В.М., Стадник Е.В., Телегина З.П., Абрамсон Е.В., Тон М.С. Распространение и активность бактерий, окисляющих и образующих горючие газы // Роль микроорганизмов в круговороте газов в природе. М.: Наука, 1979а. С. 270-281.

83. Можарова Н.В., Кулагина Е.Г. Трансформация почвенного покрова подземных газохранилищ // Почвоведение. 2000. №1. С. 10 18.

84. Можарова Н.В., Ушаков С.Н. Роль почвенного покрова в регулировании эмиссии метана на газоносных территориях // ДАН. 2004. Т. 399. № 3. С. 1-5.

85. Можарова Н.В., Беляева Н.И. Роль почвенного покрова в эмиссии метана на газоносных территориях // ВМУ, сер. 17. 2005. № 1. С. 12-21.

86. Можарова Н.В., Кулачкова С. А., Пронина В.В. Специфика функционирования почвенного покрова газоносных территорий // ВМУ, сер. 17, 2005, № 3, с.9-19.

87. Намсараев Б.Б., Заварзин Г.А. Потенциальная способность микрофлоры низового болота к потреблению горючих газов // Микробиология. 1974. Т. 43. С. 338-342.

88. Николаев А.В., Гергедава Ш.К., Войтов Г.И., Рудаков В.П., Шулейкин В.Н., Паршикова Н.Г. О балансе метана в тропосфере Земли // Дегазация Земли и генезис углеводородных флюидов и месторождений. Часть 2. М.: Геос, 2002. С. 310-319.

89. Никонов А.И. Роль геодинамических процессов в функционировании подземных хранилищ газа. Дис. канд. геолого-минералогических наук. М., 2003.

90. Новиков В.В., Степанов A.J1. Сопряжение процессов микробного окисления метана и аммония в почвах // Микробиология. 2002. Т. 71. № 2. С. 272 276.

91. Новиков В.В. Образование и поглощение парниковых газов в торфяных почвах разных сроков использования. Автореф. дис. к.б.н. М., 2003. 24 с.

92. Оборин А.А., Рубинштейн J1.M., Хмурчик В.Т. Углеводородокисляющие и углекисло-водородные "бактериальные фильтры" природные биогеохимические барьеры в литосфере // Экология геосферы. Тезисы докладов. Ростов-на-Дону, 2002.

93. Оборин А.А., Рубинштейн J1.M., Хмурчик В.Т., Чурилова Н.С. Концепция организованности подземной биосферы. Екатеринбург, УрО РАН, 2004. 147 с.

94. Орлов Д.С., Демин В.В. Роль почвы в формировании состава атмосферы // Структурно-функциональная роль почв и почвенной биоты в биосфере. М.: Наука, 2003. С. 252-262.

95. Осипов Г.А., Назина Т.Н., Иванова А.Е. Изучение видового состава микробного сообщества заводняемого нефтяного пласта методом хромато-масс-спектрометрии // Микробиология. 1994. Т. 63. № 5. С. 876 883.

96. Паников Н.С., Семенов A.M., Тарасов A.JL, Беляев А.С., Кравченко И.К., Смагина М.В., Палеева М.В., Зеленев В.В., Скупченко И.В. Образование и потребление метана в почвах Европейской части СССР // Журнал экологической химии. 1992. № 1. С. 9-26.

97. Паников Н.С., Титлянова А.А., Палеева М.В., Семенов A.M., Миронычева-Токарева Н.П., Макаров В.И., Дубинин Е.В., Ефремов С.П. Эмиссия метана из болот юга Западной Сибири // ДАН. 1993. Т. 330. № 3. С. 388-390.

98. Паников Н.С. Таежные болота глобальный источник атмосферного метана? // Природа. 1995. № 6. С. 14 - 25.

99. Паников Н.С. Эмиссия парниковых газов из заболоченных почв в атмосферу и проблемы устойчивости // Экология и почвы. Избранные лекции I -VII Всероссийских школ (1991 1997). Т. 1. Пущино, 1998. С. 171 -184.

100. Первова Н.Е., Розанов Б.Г. Глобальные аспекты газообмена // Взаимодействие почвенного и атмосферного воздуха. М.: изд-во МГУ, 1985. С. 6- 19.

101. Перельман А.И. Геохимия. М.: Высшая школа, 1989. 528 с.

102. Пиковский Ю.И. Природные и техногенные потоки углеводородов в окружающей среде. М: Изд. МГУ, 1993. 208 с.

103. Позмогова И.Н. Микроорганизмы в условиях неоптимальных для размножения // Успехи микробиологии. 1974. Т. 9. С. 84 95.

104. Почвы Московской области и их использование. Т.1. / ред. Шишов JI.JI., Войтович Н.В. М.: Почвенный институт им. В.В.Докучаева, 2002. 500 с.

105. Проект Международного стандарта ISO: Методы отбора проб при оценке загрязнения почв. М.: ЦИНАО, 1994.

106. Ривкин Ф.М. Результаты исследований эмиссии метана вдоль газопровода Надым Пунга // Материалы Межд. конф. Итоги фундаментальных исследований криосферы Земли в Арктике и Субарктике. Новосибирск: Наука, Сиб. отд. РАН, 1997. С. 165 - 168.

107. Розанов Б.Г. Геомембрана: мембранная функция почвы в планетарной геосферной системе Земли // Почвоведение. 1988. № 7. С. 54 58.

108. Розанова Е.П., Кузнецов С.Н. Микрофлора нефтяных месторождений. М.: Наука, 1974. 198 с.

109. Розанова Е.П. Использование углеводородов микроорганизмами // Успехи микробиологии. 1967. Вып. 4. С. 61 -96.

110. Самаркин В.А., Ривкина Е.М., Бочарникова Е.А. Биогеохимия метана в мерзлотных маршевых почвах // Тез. I межд. конф. "Криопедология". Пущино, 1992. С. 69-70.

111. Самаркин В.А., Вечерская М.С., Ривкина Е.М. Метан в мерзлотных почвах криолитозоны Северо-Востока Сибири // Ж. Экологическая химия. 1, 1995. №4. С. 25-31.

112. Сердобольекий И.П. Влияние влажности на окислительно-восстановительные процессы в подзолистых почвах // Почвоведение. 1940. №7. С. 47-59.

113. Сердобольекий И.П. Окислительно-восстановительный потенциал почво-грунтов (Eh) как один из почвенно-геохимических показателей нефтеносной структуры // Почвенно-геохимические методы поиска нефтяных месторождений. М.: изд-во АН СССР, 1953. С. 56-76.

114. Сидоров Д.Г., Борзенков И.А., Беляев А.С., Миллер Ю.М., Иванов М.В. Микробиологические процессы в толще верхового болота средней тайги // Микробиология. 1998. Т. 67. С. 255 260.

115. Слободкин А.И., Паников Н.С., Заварзин Г.А. Образование и потребление метана микроорганизмами в болотах тундры и средней тайги // Микробиология. 1992. Т. 61. № 4. С. 683-691.

116. Смагин А.В. Газовая фаза почв. М.: Изд-во МГУ, 1999. 200 с.

117. Смагин А.В. Смагина М.В., Глухова Т.В. Потоки, генерирование и эмиссия парниковых газов в заболоченных почвах // Болота и заболоченные леса в свете задач устойчивого природопользования. М.: Геос, 1999а. С. 230 -233.

118. Соболева Е.В., Гусева А.Н. Химия горючих ископаемых. М.: Изд-во МГУ, 1998. 204 с.

119. Соколов В.А. Геохимия природных газов. М.: Недра, 1971. 334 с.

120. Степанов А.Л., Судницын И.И., Умаров М.М, Галиманге Б. Влияние плотности почв и давления почвенной влаги на эмиссию закиси азота и диоксида углерода // Почвоведение. 1996. № 11. С. 1337 1340.

121. Таргульян В.О., Соколова Т.А. Почва как биокосная природная система: "реактор", "память" и регулятор биосферных взаимодействий // Почвоведение. 1996. № 1. С. 34 47.

122. Телегина З.П. Распространение и видовой состав бактерий, окисляющих газообразные углеводороды, в подземных водах газовых месторождений Азово-Кубанской впадины // Труды Ин-та микробиологии. М., 1961. № 9. С. 131-133.

123. Троценко Ю.А., Иванова Е.Г., Доронина Н.В. Аэробные метилотрофные бактерии как фитосимбионты // Микробиология. 2001. Т. 70. № 6. С. 725 -736.

124. Хегай Т.А., Рачинский В.В., Пельтцер А.С. Сорбция двуокиси углерода почвами // Почвоведение. 1980. № 1. С. 62 68.

125. Шеин Е.В., Архангельская Т.А., Гончаров В.М., Губер А.К., Початкова Т.Н., Сидорова М.А., Смагин А.В., Умарова А.Б. Полевые и лабораторные методы исследования физических свойств и режимов почв. М.: изд-во МГУ, 2001.200 с.

126. Щелочков А.Г. Физико-химическое исследование процессов комплексообразования и окислительной деструкции индолил-3-уксусной кислоты. Автореф. дис. к.х.н. Саратов, 2004. 23с.

127. Adamsen A.P.S., King G.M. Methane consumption in temperate and subarctic forest soils: rates, vertical zonation, and responses to water and nitrogen // Appl. Environ. Microbiol. 1993. V. 59. P. 485-490.

128. Amaral J.A., Ren Т., Knowles R. Atmospheric methane consumption by forest soils and extracted bacteria at different pH values // Appl. and Environm. Microbiol. 1998. V. 64. P. 2397-2402.

129. Andronova N.G., Karol I.L. The contribution of USSR sources to global methane emission // Chemosphere. 1993. V. 26. № 1 4. P. 111 - 126.

130. Boeckx P. and Van Cleemput O. Estimates of N20 and CH4 fluxes from agricultural lands in various regions of Europe // Nutrient Cycl. In Agroecosystems. 60: 35-47, 2001.

131. Chan A.S.K., Parkin T.B. Methane oxidation and production activity in soils from natural and agricultural ecosystems // J. Environ. Quality. 2001. V. 30. P. 1896-1903.

132. Chan A.S.K., Parkin T.B. Effect of land use on methane flux from soil // J. Environm. Qual. 2001a. V. 30. P. 786-797.

133. Cicerone R.J., Oremland R.S. Biogeochemical aspects of atmospheric methane // Global Biogeochemical Cycles. 1988. V. 2. P. 299 327.

134. Conrad R. Soil microorganisms as controllers of atmospheric trace gases (H2, CO, CH4, OSC, N20, NO) // Microbiological Rev. 1996. Vol. 60. № 4. P. 609 -640.

135. Dobbie K.E., Smith K.A. Comparison of CH4 oxidation rates in woodland, arable and set aside soils // Soil Biology and Biochemistry. 1996. V. 28. № 10. P. 1357- 1365.

136. Etiope G. and Klusman R.W. Geologic emissions of methane to the atmosphere // Chemosphere. 2002. Vol. 49. №8. P. 777 789.

137. Fischer W.R. Microbiological reaction of iron in soils // Iron in soils and clay minerals / NATO ASI/ Series C. 1985. V. 217.PP. 272-293.

138. Goldman M.B., Groffman P.M., Pouyat R.V., McDonnell M.J., Pickett S.T.A. CH4 uptake and N availability in forest soils along an urban to rural gradient // Soil Biol. Biochem. 1995. V. 27. P. 281-286.

139. Hanson R., Hanson T. Methanotrophic Bacteria // Microbiological Rewies. June 1996. P. 439-471.

140. Harper H. J. The effect of natural gas on the growth of microorganisms and the accumulation of nitrogen and organic matter in the soil // Soil Science. 1939. V. 48. №6. P. 461-466.

141. Harris R.C., Gorham E., Sebacher D.I., Karen B.B., Flebbe P.A. Methane flux from northern peatlands // Nature. V. 315. 20 june. 1985. P. 652 653.

142. Higgins, I.J., Best D.J., Hammond R.C., and Scott D. Methane-oxidizing microorganisms // Microbiol. Rev. 1981.V. 45. P. 556 590.

143. Horz H.-P., Raghubanshi A.S., Heyer J., Kamman C., Conrad R. and Dunfield P.F. Activity and community structure of methane-oxidizing bacteria in a wet meadow soil // FEMS Microbiol. Ecol. 2002. Vol. 41. № 3. P. 247-257.

144. IPCC (Intergovernmental Panel on Climate Change). Climate Change 1995: The Science of Climate Change / Eds. Houghton J.T. et al., Cambridge: Cambridge University Press, 1996.

145. Jones V.T. and Drozd R.J. Predictions of oil or gas potential by near surface geochemistry // The American Association of Petroleum Geologists Bulletin V.67, № 6. June, 1983. P. 932-952.

146. Jones V.T, Matthews M.D. and Richers D.M. Light hydrocarbons for petroleum and gas prospecting // Geochemical Remote Sensing of the Subsurface. Edited by M. Hale. Handbook of Exploration Geochemistry. 1999. Vol. 7.

147. Kamnev A.A., Kuzmann E. // Polyhedron. 1997. 16. P. 3353.

148. King G.M. Ecologycal aspects of methane oxidation, a key determinant of global methane dynamics // Advances in Microbial Ecology / Ed. Marshall K.S. N.Y.: Plenum Press, 1992. V. 12. P. 431 -461.

149. Le Mer J., Roger P. Production, oxidation, emission and consumption of methane by soils // Eur. J. Soil Biology. 2001. V. 37. P. 25-50.

150. Minami K. Atmospheric methane and nitrous oxide: sources, sinks, and strategies for reducing agricultural emissions // Nutrient Cycl. In Agroecosystems. 1997. V. 49. P. 203-211.

151. Morner N.A. and Etiope G. Carbon degassing from the lithosphere // Global and planetary change. 2002. Vol. 33. № 1-2. P. 185 203.

152. Nakayama T. Estimation of methane emission from natural wetlands in Siberian permafrost area. A doctoral dissertation. Division of Geophysics, Graduate School of Science, Hokkaido University, 1995. 123 p.

153. Panikov N.S., Dedysh S.N., Kolesnikov O.M., Mardini A.I., Sizova M.V. Methabolic and environmental control on methane emission from soils: mechanistic studies of mesotrophic fen in West Siberia // Water, Air and Soil Pollution: Focus 1: 415-428, 2001.

154. Sitaula B.K., Bakken L.R., Abrahamsen G. CH4 uptake by temperate forest soils: effect of N input and soil acidification // Soil Biol. Biochem. 1995. V. 27. P. 871 -880.

155. Smith K. A model of extent of anaerobic zones in aggregated soils and its potential application to estimates of denitrification // J. Soil Science. 1980. V. 131. P. 163-277.

156. Strieg R.G., Mcconnaughey T.A., Thorstenson D.C., Weeks E.P., Woodward J.C. Consumption of atmospheric methane by desert soils // Nature. 357. 1992. P. 145-147.

157. Whalen S.C., Reeburgh W.S. A Methane Flux time series for tundra environments // Global Biogeochemical Cycles. 1988. Vol. 2. № 4. P. 399 409.

158. Whalen S.C., Reeburgh W.S. Consumption of atmospheric methane by tundra soils//Nature. 1990. Vol. 346. P. 160- 163.

159. Zelenev V.V. Assessment of the average annual methane flux from the soils of Russia. WP-96-51. Luxemburg, Austria. International Institute for Applied System Analisis. 1996. 45 p.1. Фондовые материалы

160. Кадетов O.K. Геоморфологическая карта района исследований. М 1 : 25000

161. Баландин С.А. Геоботаническое исследование территории ПХГ, 1999.

162. Топографическая карта района исследований. М 1 : 25000. Географический факультет МГУ им. М.В.Ломоносова.

163. Никонов А.И. Карта вертикальной и горизонтальной трещиноватости геологических структур района исследования. Институт нефти и газа РАН.

164. Бюллетени метеорологической станции географического факультета МГУ, 1998, 1999, 2000 гг.

Информация о работе

Кулачкова, Светлана Александровна
кандидата биологических наук
Москва, 2006
ВАК 03.00.27

Диссертация

Специфика функционирования почвенного покрова при подземном хранении природного газа - тема диссертации по биологии, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы