Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Трансформация почвы и травяного покрова под влиянием пластовых минерализованных вод при нефтедобыче в условиях Удмуртии

ВАК РФ 03.00.16, Экология

Содержание диссертации, кандидата биологических наук, Козловская, Наталья Викторовна

Введение.

1. Экологические последствия загрязнения почв и растительности при нефтедобыче.

1.1. Состояние изученности проблемы.

1.2. Загрязнение среды при нефтедобыче, его причины.

1.3. Пластовая вода как загрязняющий фактор.

1.4. Изменения в состоянии почвы под влиянием нефти и ПМВ.

1.5. Влияние нефти и ПМВ на почвенную биоту.

1.6. Реакция растительности на разлития нефти и пластовых вод.

1.7. Способы восстановления свойств загрязненной почвы.

1.7.1. Рекультивация почвы, загрязненной нефтью и нефтепродуктами

1.7.2. Рекультивация почвы, загрязненной ПМВ.

2. Характеристика районов исследования.

2.1. Климат.

2.2. Рельеф.

2.3. Почвы.

2.4. Растительный покров.

3. Методика проведения исследований.

4. Результаты исследований и их анализ.

4.1. Трансформация свойств почвы.

4.1.1. Динамика содержания хлорид-ионов.

4.1.2. Динамика кислотности засоленных почв.

4.1.3. Динамика суммы поглощенных .оснований и содержания элементов питания на засоленных почвах

4.2. Трансформация травяного иркравЬ*.

4.3. Применение однолетних галофитов для рекультивации ПМВ-загрязненных почв.

4.3.1. Динамика изменения свойств почвы, загрязнённой ПМВ, при посеве галофитов.

4.3.2. Трансформация травяного покрова при рекультивации засолённых почв при помощи галофитов.

Выводы.

Список использованных литературных и фондовых источников

Введение Диссертация по биологии, на тему "Трансформация почвы и травяного покрова под влиянием пластовых минерализованных вод при нефтедобыче в условиях Удмуртии"

Добыча углеводородного сырья сопровождается огромным ущербом для биосферы, хотя сопутствующие этому виду деятельности негативные процессы не являются неизбежными. Однако в настоящее время из-за несовершенства или нарушения технологии добычи нефть, нефтепродукты и попутные пластовые воды являются приоритетными загрязнителями окружающей среды. Нефтяная промышленность по опасности воздействия на среду занимает третье место в числе 130 отраслей современного производства (Оборин и др., 1988).

Рост добычи углеводородного сырья осуществляется за счет освоения новых месторождений, что значительно увеличивает экологическую опасность данного производства. Самым распространенным и трудно восстановимым объектом, на который оказывается негативное влияние при добыче нефти, является почва.

Острота проблемы защиты почв и растений от вредного воздействия нефтедобычи и нефтеперерабатывающего производства состоит и в том, что нефтедобычей заняты большие территории: нефтегазоносные и перспективные бассейны, по данным Т.И. Артемьевой (1988, 1989), занимают более трети суши земного шара. Территории нефтеразработок составляют сотни квадратных километров, причем значительная часть их еще не изъята из сельскохозяйственного пользования.

Заметная потеря продуктивности загрязненных земель и быстрая деградация ландшафта определяют необходимость изучения процессов, которые обуславливают их трансформацию.

При современных способах разработки нефтяных месторождений в процессе добычи, подготовки, транспортировки и использования теряется около 1 - 16% нефти (Большаков и др., 1990). При таких разливах наблюдается микроорганизмов.

Своеобразный солевой и микроэлементный состав пластовых минерализованных вод резко изменяет состояние экосистем, приводит к деградации биоценозов, причем скорость трансформации почвенного комплекса много выше, чем при разливах нефти, а самоочищение идет медленнее (Гайнутдинов и др., 1979; Гилязов, 1989).

Утрата плодородия почвы вследствие ее засоления и осолонцевания, то есть, насыщения почвенного поглощающего комплекса обменным натрием, является основной причиной гибели растений при таком загрязнении.

Большинство работ в области исследования трансформации свойств почвенного покрова при нефтедобыче проведены в других природных зонах, где климатические и эдафические условия существенно отличаются от условий нашей республики. Кроме того, изучаются, в основном, процессы, протекающие в почве при механическом нарушении почвенного покрова и при попадании нефти в окружающую среду. Это определяет необходимость изучения трансформации растительного покрова и свойств почв под влиянием загрязнения пластовыми минерализованными водами (пластовыми рассолами).

В данной работе изучено изменение основных агрохимических свойств почвы, загрязненной ПМВ в различных дозах, имитирующих разные варианты аварийных разливов пластовых рассолов в условиях Удмуртской Республики. Впервые выявлена динамика содержания загрязнителя в этих почвах при самовосстановлении и при фитомелиорации. Определены зависимости восстановления свойств почвы, травяного покрова в почвенно-климатических условиях Удмуртии от дозы ПМВ, концентрации хлорид-ионов, количества осадков в течение вегетации. Установлены особенности ответной реакции растительных сообществ на внесение ПМВ.

Практические результаты исследований рекомендованы для рекультивации техногенно засоленных и осолонцованных почв при аварийных разливах пластовых рассолов на месторождениях нефти в Удмуртии.

Заключение Диссертация по теме "Экология", Козловская, Наталья Викторовна

Анализ результатов проведенных исследований позволяет сделать следующие выводы.1. Загрязнение почв ПМВ приводит к существенным изменениям химических свойств: происходит резкое повышение содержания хлоридов (до

2,7 ммоль/ЮОг почвы), количество которых возрастает с увеличением дозы внесенной ПМВ (г от 0,95 до 0,98 при р <0,05).В течение всего времени наблюдения концентрация хлорид-ионов во всех исследуемых почвах падает, достигая естественного уровня к концу стрессового периода.Содержание в почве хлоридов обратно пропорционально количеству выпавших в течение вегетации осадков (г от -0,76 до -0,77 при р <0,05), то есть, ПМВ в естественных условиях вымываются из почвы летними дождями и ливнями.Внесение в почву ПМВ ведет также к увеличению (в 2-4 раза) суммы поглощенных оснований, причем наиболее резкие скачки значений характерны для почв с исходно ненасыщенным ППК. Происходит изменение содержания элементов минерального питания растений: увеличение содержания обменного калия превышает естественный уровень в 1,5-2 раза до конца вегетационного периода 2-го года наблюдения (до конца стрессовой фазы); увеличение содержания подвижного фосфора в 2-3 раза сохраняется в течение всего периода проведения опыта.2. При загрязнении ПМВ различия в изменениях агрохимических свойств в значительной мере зависят от механического состава почвы и её буферной ёмкости: на дерново-подзолистой суглинистой почве снижение содержания хлорид-ионов отмечается в течение первого года после внесения загрязнителя, тогда как на дерново-подзолистой супесчаной и серой лесной оподзоленной супесчаной снижение концентрации хлоридов затягивается на 2-3 года.3. Внесение ПМВ вызывает резкое снижение видового богатства и общего проективного покрытия (ОПП) в первый вегетационный период проведения эксперимента (до 0-5% от контрольного уровня).Восстановление травяного покрова начинается очень медленными темпами на второй-третий год (до 10-15%) от контрольных значений), и происходит как за счёт видов, входивших в исходное сообщество, так и за счёт вселения рудеральных видов.На суглинистых почвах к концу третьего года проведения эксперимента общее проективное покрытие достигает 90%) от контроля. При позднелетнем разлитии к концу стрессовой фазы ОПП восстанавливается до 50%) от контрольного уровня.Наиболее устойчивыми к воздействию ПМВ видами являются: под пологом смешанного леса— Aegopodium podagrariaL., Stellaria holosteaL., Rubus saxatilis L. и Lathyrus vernus (L.) Bernh.; в открытых местообитаниях (луга, опушки) - Elytrigia repens (L.) Nevski s. str., Trifolium repens L., Polygonum.arenastrum Boreau, Fallopia convolvulus (L.) A. Love, Rumex acetosella L., Stellaria graminea L., Viola tricolor L, Artemisia vulgaris L. и A. abstintium L., Linaria vulgaris Mill, Berteroa incana (L.) DC, Potentilla argentea L.Под влиянием ПМВ происходит смещение (запаздывание) фаз развития растений, что затрудняет поставарийное восстановление растительного покрова.4. Наиболее перспективным способом биологической рекультивации в условиях Удмуртской республики является рассоление почв при помощи галофитных растений - фитомелиорация.Такое восстановление агрохимических свойств почвы в 2,5-3 раза опережает происходящее при промывании осадками, причем в этом случае снижается и количество токсичных веществ, попадающих из почвы с дождями в грунтовые воды.Увеличивается в 2,5-4 раза по сравнению с самовосстановлением скорость, с которой видовое обилие и проективное покрытие приближаются к исходному состоянию. Отсутствует задержка фаз развития растений даже в период стресса, что, несомненно, ускорит поставарийное восстановление растительного покрова и свойств почвы.

Библиография Диссертация по биологии, кандидата биологических наук, Козловская, Наталья Викторовна, Пермь

1. Абдыев В.Б. Поглотительная и дыхательная активность корневой системы гликофитов и галофитов при засолении: Автореф. ... канд. биол. наук. - Вильнюс, 1987. - 23 с.

2. Агроклиматические ресурсы Удмуртской АССР. - Д., Гидрометеоиздат, 1974. - 115 с.

3. Анализ коррозионной ситуации, эффективности применяемых средств защиты на предприятиях АО «Удмуртнефть». - Ижевск, 1997. - 115 с.

4. Андреев П.Ф., Богомолов А.И. и др. Превращение нефти в природе. - Д.: Гостехиздат, 1958. - 416 с.

5. Андресон Р.К., Мукатанов А.Х., Бойко Т.Ф. Экологические последствия загрязнения почв нефтью //Экология, 1980, № 6. - с. 21.

6. Андресон Р.К., Хазипов Р.Х. Охрана окружающей среды от загрязнения нефтью и промысловыми сточными водами. - М.: ВНИИОЭНГ, 1978.-30 с.

7. Артемьева Т.И. Комплексы почвенных животных и вопросы рекультивации техногенных территорий. - М.: «Наука», 1989. - 112 с.

8. Артемьева Т.И., Жеребцов А.К., Борисович Т.М. Влияние загрязнений почвы нефтью и промышленными сточными водами на комплекс почвенных животных //Восстановление нефтезагрязненных почвенных экосистем: Сб. науч. тр. - М.: Наука, 1988. - с.82-98.

9. Белецкий Ю.Д. Пластиды и адаптация растений к засолению. - Ростов-на-Дону, 1990 - 46 с.

10. Биттеева М.Б., Мурзаков Б.Г., Морщакова Г.Н. и др. Способ очистки воды и почвы от нефтепродуктов. Описание изобретения к патенту РФ.-RU №2014286.

11. Биттеева М.Б., Цеблыкин И.Н., Изюмский В.П. и др. Способ очистки воды и почвы от загрязнений нефтью и нефтепродуктами. Описание изобретения к патенту РФ.- RU №2007372.

12. Бобченко В.И. Рассоление земель //Борьба с засолением земель.- М., «Колос», 1981 - с . 178-253.

13. Большаков В.Н., Горчаковский П.П., Добринский Л.Н., Магомедова М.А., Семериков Л.Ф. Биогеоценологические исследования на Ямале// Проблемы антропогенной динамики биогеоценозов. - М.: Наука, 1990 - с. 72.

14. Бочарникова Е.А. Влияние нефтяного загрязнения на свойства серо- бурых почв Апшерона и серых лесных почв Башкирии: Автореф. ...канд. биол. наук.-М., 1990-25 с.

15. Бузмаков А., Ладыгин И.В. К влиянию нефтепромыслов на растительный и животный мир Камского Предуралья //Геоэкологические аспекты хозяйствования, здоровья и отдыха: Тез. докл. на межгосударственной науч. конф. - Пермь, 1993 - с.201-205.

16. Бусыгин Е.А. Влияние концентраций нефти на активную альгофлору, отражающую состояние почвы //Микроорганизмы в сельском хозяйстве: Тез. докл. III Всес. науч. конф. -М. , 1988 - с. 124-125.

17. Васильев СВ. Воздействие нефтегазодобывающей промышленности на лесные и болотные экосистемы. - Новосибирск, «Наука», 1998-136 с.

18. Воронов А.Г. Геоботаника: учеб. пособие для ун-тов и пед. ин-тов.- М.: «Высшая школа», 1973. - 384 с.

19. Вредные химические вещества. Неогранические соединения элементов V-VIII групп: справочник /под ред. Филова В.А. - Л.: «Химия», 1989-с. 360.

20. Гайнутдинов М.З., Самосова СМ., Артемьева Т.И. и др. Рекультивация нефтезагрязненных земель лесостепной зоны Татарии //Восстановление нефтезагрязненных почвенных экосистем: сб. науч. трудов.-М.: «Наука», 1988. - с. 177-196.

21. Гайрабеков У.Т. Экологическая оценка буровых работ на территории Чеченской и Ингушской республик: Автореф. ... канд. биол. наук. -Махачкала, 1998-25 с.

22. Гилязов М.Ю., Гайсин И.А.,Гайнутдинов М.З. Охрана почв в районах нефтедобычи Тат АССР //Защита растительности и охрана природы в Тат АССР.- Казань, 1989.- с. 28.

23. Гусейнов Т.Н., Алекперов Р.Э. Охрана природы при освоении морских нефтегазовых месторождений. Справочное пособие. - М., «Недра», 1989. - 142 с.

24. Жаковщикова Т.К. Водоросли малых водоемов в районах нефтедобычи Западной Сибири//Вестник Санкт-Петербургского Университета, серия Биология.- 1992, № 2.- с. 44-48.

25. Жунгиету Г.И., Жунгиету И.И. Химическая экология высших растений. - Кишинев, «Штиинца», 1991. - 200 с.

26. Звягинцев Д.Г. Микроорганизмы и охрана почв. - М.: МГУ, 1989. - 206 с.

27. Ивантер Э.В. Основы практической биометрии: Введение в статистический анализ биологических явлений. - Петрозаводск: «Карелия», 1979.-94 с.

28. Исмаилов Н.М., Пиковский Ю.М. Современное состояние методов рекультивации нефтезагрязненных земель //Восстановление нефтезагрязненных почвенных экосистем: Сб. науч. тр. - М.: Наука, 1988. - с 222-230.

29. Казакова К.Н., Калачникова И.Г., Масливец Т.А. Биохимическая деградация углеводородов в нефтезагрязненной почве северной тайги //Геохимической картографирование техногенных изменений окружающей среды. - Вильнюс, 1984.- с. 48-49.

30. Казанцева М.Н. Влияние нефтяного загрязнения на таежные фитоценозы Среднего Приобья: Автореф. ... канд. биол. наук. - Екатеринбург, 1994-27 с.

31. Калинин М.И. Корневедение. - М., «Экология», 1991 - с. 26-28.

32. Кесельман Г.С., Махмутбеков Э.А. Защита окружающей среды при добыче, хранении и транспортировке нефти и газа. - М.: Недра, 1981. - 175 с.

33. Киреева Н.А. Восстановление плодородия нефтезагрязненных почв //Экспресс-информация. - 1996, № 7. - с. 15.

34. Князева Н.В. Влияние сопутствующего катиона и соотношения твердой и жидкой фаз на активность натрия в почве //Бюлл. Почвенного ин-та им. В.В. Докучаева. Вып.31. -М. , 1984. - с. 52-55.

35. Ковда В.А. Борьба с засолением почв //Борьба с засолением земель. - М., «Колос», 1981 - с. 7-28.

36. Ковриго В.П., Вараксин И.И. Почвы Удмуртской АССР //Агрохимическая характеристика почв СССР. - М.: Наука, 1964. - с. 138-168.

37. Королев В.А. Электрохимическая очистка грунтов от загрязнений //Экология и промышленность России, №8, 1998 —с. 11-14.

38. Коронелли Т.В., Аракелян Э.И., Комарова Т.И. и др. Способ очистки почв от нефтяных загрязнений. Описание изобретения к патенту РФ.-RU №2019527.

39. Кузнецов М.Ф. Микроэлементы в почвах Удмуртии. - Ижевск: Изд- во Удм. ун-та, 1994. - 287 с.

40. Кузнецов М.Ф. Агрохимический анализ почв: Методические указания к лабораторным работам по почвоведению. - Ижевск, УдГУ, 1986. -16 с.

41. Курец В.К., Попов Э.Г. Статистическое моделирование системы связей «растение-среда». - Л.: Наука, 1991 - 152 с.

42. Лакин Г.Ф. Биометрия. - М., «Высшая школа», 1973, - 344 с.

43. Лукина Н.В. Состояние еловых биогеоценозов Севера в условиях техногенного загрязнения. -Апатиты, 1993 - 135 с.

44. Максименко О.Е., Червяков Н.А., Каркишко Т.И. и др. Динамика восстановления растительности антропогенно-нарушенного сфагнового болота на территории нефтепромысла в Среднем Приобье //Экология. - 1997, №4. - с. 243-247.

45. Методы агрохимических анализов почв: Отраслевые стандарты. - М., 1977-11 с.

46. Моллаев Р.Х., Сайтов Х.Д. Рекультивация нарушенных при строительстве скважин земель //Экспресс-информация. - 1991,№ 10. - с.8.

47. Никифорова Е.М., Солнцева Н.П., Кабанова Н.В. Геохимическая трансформация пахотных дерново-подзолистых почв под воздействием нефти //Влияние промышленных предприятий на окружаюш;ую среду: мат-лы Всес. конф., Звенигород, янв. 1985. -М. , 1987 - с. 55.

48. Оборин А.А., Калачникова И.Г. Самоочищение и рекультивация нефтезагрязненных почв Предуралья и Зап. Сибири //Восстановление нефтезагрязненных почвенных экосистем: сб. науч. трудов. - М., Наука, 1988. -с. 152-154.

49. Отегенов Ж. Изменение химического состава растений под влиянием хлористого натрия: Автореф. ... канд. биол. наук.- Ташкент, 1974-19 с.

50. Очистка и удаление пластовых минерализованных вод, - М., Минтопэнерго РФ, 1995. - 300 с.

51. Панов Г.Е., Петряшин Л.Ф., Лысяный Г.Н. Охрана окружающей среды на предприятиях нефтяной и газовой промышленности, - М., «Недра», 1986.-243 с.

52. Пиковский Ю.И, Трансформация техногенных потоков нефти в почвенных экосистемах //Восстановление нефтезагрязненных почвенных экосистем: сб. науч. тр. - М,, Наука, 1988. - с. 7-22.

53. Пинский Д.Л. Нормирование загрязняющих веществ в почвах с учетом массообмена между эффективными фазами почв //Поведение поллютантов в почвах и ландшафтах: сб. тр. -Пущино, 1990 - 133 с.

54. Почвенная карта Удмуртской АССР, 1974.

55. Приходько Л.С. Особенности изменения обмена веществ у растений в условиях засоления: Автореф. ... канд. биол. наук. - Алма-Ата, 1966-23 с.

56. Программа и методика изучения техногенных биогеоценозов: сб. ст. - М., «Наука», 1978 - 223с.

57. Пьянков В.И. Использование структурно-функциональных показателей для экологического мониторинга экосистем аридной зоны //Изучение, охрана и рациональное использование природных ресурсов. - Уфа, 1987-с. 111.

58. Работнов Т.А, Экология луговых трав. - М., МГУ, 1985 - с. 39-76, 147-162.

59. Работнов Т.А. Луговедение. - М., МГУ, 1984 - с. 10-18.

60. Рахманов А.Т. Исследование и прогноз влияния минерализованных вод на почвенные процессы: Автореф. ... канд. биол. наук. - Ташкент, 1988 - 23 с.

61. Рекомендации по регулированию пищевого режима засоленных почв. - Фрунзе, 1987 - с. 20.

62. Розов СЮ. Процессы катионного обмена в черноземах, орошаемых водами различной минерализации: Автореф. ... канд. биол. наук.- М., 1988-24 с.

63. Рокицкий П.Ф. Биологическая статистика. - Минск, «Вышэйшая школа», 1973 - 320 с.

64. Самосова СМ., Артемьева Т.Н. Реакция почвенных животных и микроорганизмов на загрязнение нефтью и пластовыми водами //Проблемы почвенной зоологии. - Минск, «Наука и техника» 1978. - с. 207-208

65. Солнцева Н.П., Никифорова Е.М. Оценка влияния добычи нефти на почвы Пермского Прикамья //Миграция загрязняющих веществ в почвах и сопредельных средах. - Л., 1989 - с. 52.

66. Солнцева Н.П. Общие закономерности трансформации почв в районах добычи нефти (формы проявления, основные процессы, модели) //Восстановление нефтезагрязненных почвенных экосистем: сб. науч. тр. - М., «Наука», 1988.-С.23-41.

67. Строгонов Б.П. Структура и функция клеток растений при засолении. - М., 1970 - 315 с.

68. Строгонов Б.П. Физиологические основы солеустойчивости растений при разнокачественном засолении. - М., 1962 - 366 с.

69. Техногенные экосистемы. Организация и функционирование: сб. ст. - Новосибирск, «Наука», 1985 - 136 с.

70. Технологическая схема разработки Бегешкинского месторождения новое от разработки Бегешкинского месторождения нефти. - Ижевск, 1995 -С. 22-30, 113, 141-142, 151-152.

71. Чалышева Л.В. Особенности формирования растительного покрова техногенных ландшафтов районов нефтедобычи на европейском Северо-Востоке. - Сыктывкар, 1990 - 20 с.

72. Шевякова Н.И. Метаболизм серы в растениях. - М., 1979 - 161 с.

73. Шилова И.И. Биологическая рекультивация нефтезагрязненных земель в условиях таежной зоны //Восстановление нефтезагрязненных почвенных экосистем: сб. науч. тр. -М. , «Наука», 1988. - с. 166-169.

74. Штина Э.А., Некрасова К.А. Водоросли загрязненных нефтью почв //Восстановление нефтезагрязненных почвенных экосистем: сб. науч. тр. - М., «Наука», 1988.-с. 57-81.

75. Штина Э.А., Некрасова К.А. Реакция почвенных водорослей на антропогенные воздействия //Проблемы антропогенного воздействия на окружающую среду. - М.: Наука, 1985. - с. 56-62.

76. Штина Э.А. Почвенные водоросли как индикатор загрязнения почвы промышленными выбросами //Бюлл. Почвенного ин-та им. В.В. Докучаева. Вьш.35. - М., 1983 - с. 68-72.

77. Ягафарова Г.Г. Применение микроорганизмов для очистки сточных вод от галогенид-органических соединений //Защита от коррозии и охрана окружающей среды. - 1994, №9. - с. 13.

78. Янкевич М.И. Биоремедиация нефтезагрязненных водоемов //ЭкИП - 1998, №10 - с. 21-26.

79. Anderson В.А. Distribution and abundance of spectacled eiders in the Kuparuk and Milne Point oilfields, Alaska, 1993 //final report Fairbanks: Alaska Biological Research, 1994.

80. Atlas R.M. Microbial degradation of petroleum hydrocarbons and environmental perspective //Microbial. Rev., 1981. Vol. 45, №4. P. 180-209.

81. Blankenship D.W., Larson R.A. Plant growth inhibition by the water extract of a crude oil //Water, Air and Soil Pollut., 1978. Vol. 10, №4. P. 22-33.

82. Effects of produced waters at oilfield production sites on the Osage Indian Reservation, northeastern Oklahoma U.S. Geological Survey, 1997.

83. Health effects investigation of oil shale development. - Gathlinburg, Tennessee, 1980-255 с

84. Jones L. W. Corrosion and technology for petroleum producers. Tulsa. Oklahoma. 1988.

85. Klekowski E. J., Corredor J. E., Morell J. M. etc. Oil pollution and mutations at the mangroves //Marinary Pollution Bull. -1994, № 3 - с 166-169.

86. Staff СР. Mutant bacteria decontaminates spilled crude oil site //Chem. Process. (US), 1982. Vol. 45, №14. P. 96.