p.g.t. Ust'-Kinel'skiy, Samara, Russian Federation
p.g.t. Ust'-Kinel'skiy, Samara, Russian Federation
UDK 63 Сельское хозяйство. Лесное хозяйство. Охота. Рыбное хозяйство
GRNTI 68.05 Почвоведение
The purpose of the research is to restore soil fertility of oil-polluted feed lands (pastures) for use in accordance with the intended purpose for agriculture. The degradation of natural feed lands, which occurs as a result of the impact of oil spills and oilfield water, destabilizes the development of phytocenoses and leads to a decrease of their productivity. The accumulation of oil waste and oil field water leads to a change in plant nutrition due to an increase of soil density, deterioration of the structural condition, reduction of water permeability, and accumulation of salts. Restoration of disturbed agricultural land is a theoretical, methodological and practical problem. The studies were conducted in 2019-2021 on oil-polluted chernozem of ordinary carbonate slightly humic and shallow balkas of erode and drift soils, containing medium-sized gravel and moderately clayey layers belonging to the category of natural feed lands (pastures).At the studied site, the degree of soil contamination by petroleum products varies from acceptable limits to very high, the content of Cl- and Na+ ions is increased, which corresponds to the chloride salinity quality, which is considered very high and residual sodium absorption ratio of the plot and little natric. The content of organic matter mainly humus on the contaminated site is 3.6-6.2%, on backing lands – 2.9%, the reaction of the soil solution medium is from normal to neutral and to slightly alkaline (pH 6.0-7.1), on backing soil-neutral (pH 6.1). The content of active forms of metal heavy (Pb, Hg) is within the Maximum Permissible value. According to the results of agrochemical analyses on a disturbed and polluted area of 0.875 hectares, two methods of soil restoration were adopted: technical and biological (agrotechnical measures for soil fertility recovery and sowing of perennial grasses) with a total cost of 187.65 thousand rubles.
oil production, chernozem, pasture, recovery, indicator, assessment
Самарская область относится к освоенным в аграрном отношении регионам, где высока роль естественных ландшафтов, сохранению стабильности и продуктивности которых уже более столетия уделяется пристальное внимание [1, 3, 7, 8, 9].
Деградация естественных кормовых угодий, происходящая в результате воздействия разлитой нефти и нефтепромысловых вод, дестабилизирует развитие фитоценозов и приводит к уменьшению их продуктивности [2]. Аккумуляция почвой нефтепродуктов и пластовых вод приводит к изменению условий питания растений за счет увеличения плотности почвы, ухудшения структурного состояния, уменьшения водопроницаемости, накопления солей. Восстановление нарушенных сельскохозяйственных земель на основе системы необходимых мер является теоретической, методологической и практической проблемой и определяет актуальность исследований.
Цель исследований – восстановление плодородия нефтезагрязненных кормовых угодий (пастбищ) для использования в соответствии с целевым назначением в сельскохозяйственном обороте.
Задачи исследований – оценить влияние нефти и высокоминерализованной пластовой воды на состояние почвенного покрова кормовых угодий (пастбищ); разработать мероприятия по рекультивации земель.
Материал и методы исследований. В 2019-2021 гг. проводилось комплексное агрохимическое обследование земельного участка в районе «Сооружение Напорный нефтепровод» – от дожимной насосной станции (ДНС) «Никольская» Никольско-Спиридоновского месторождения до ДНС «Парфеновская» Бариновско-Лебяжинского месторождения – и «Парфеновский купол» Никольско-Спиридоновского месторождения в границах Кинельского района Самарской области, площадью 0,8075 га. Детальное почвенное обследование проводилось путем отбора смешанных образцов и заложения почвенных разрезов.
Почвенные разрезы закладывались таким образом, чтобы охватить все формы рельефа и участки предполагаемого засоления, загрязнения и нарушения. Координирование земельного участка осуществлялось по внешней границе с помощью прибора GPSmap 60Cx – GARMIN. Отбор смешанных образцов (объединенной пробы) производился методом конверта. На площадке 20х20 м из четырех равноудалённых друг от друга точек из верхнего горизонта (0-30 см) брались почвенные образцы массой до 1 кг, тщательно перемешивались, из чего отбиралась средняя проба массой 300-400 г.
Для определения глубины проникновения загрязнения закладывался разрез, из которого послойно отбирались образцы почвы.
Всего на исследованной территории были заложены 2 пробные площадки, 1 разрез на глубину 50 см, из которого было отобрано 2 почвенных образца. На фоновой почве был отобран 1 образец с глубины 0-
Лабораторные анализы выполнялись в лаборатории ФГБУ «Станция агрохимической
службы «Самарская», имеющей «Аттестат аккредитации испытательной лаборатории (центра) в системе аккредитации аналитических лабораторий (центров)» (№РОСС RU.0001.510565, выдан 10.08.2016 г., дата внесения сведений в реестр аккредитованных лиц 22.04.2015 г.).
Результаты лабораторных анализов образцов почв из разрезов и смешанных образцов почв, взятых на нарушенных и загрязненных почвах, сравнивались с показателями фоновой почвы. Химизм и степень засоления почв определялись по данным анализа водной вытяжки. Тип засоления определяется составом анионов и катионов в характеризуемом слое или горизонте по классификации Н. И. Базилевича и Е. И. Панковой [5, 6].
Результаты исследований. Исследуемые почвы относятся к переходной степной полосе Заволжья (междуречье рек Большой Кинель и Самара), представлены черноземом обыкновенным карбонатным слабогумусированным маломощным среднесмытым среднещебневатым среднеглинистым и смытыми и намытыми почвами балок. Содержание гумуса в верхнем горизонте описанных почв составляет 2,8-3,2%, мощность гумусового горизонта – 25-
Таблица 1
Агрохимические фоновые показатели почвы, подвергшейся нефтяному загрязнению
|
Почва |
Содержание гумуса, % |
Мощность гумусового горизонта, см |
рН солевой вытяжки |
Физическая глина, % |
Емкость поглощения, мг/экв на 100 г почвы |
Подвижные формы, |
|
|
Р2О5 |
К2О |
||||||
|
Чернозем обыкновенный карбонатный |
2,8 |
35 |
7,4 |
73,0 |
37,9 |
58 |
144 |
|
Смытые и намытые почвы балок |
3,2 |
25 |
6,9 |
22,0 |
- |
137 |
186 |
Реакция почвенной среды верхнего горизонта нейтральная и слабощелочная. Обеспеченность пахотного слоя для зерновых культур подвижными формами фосфора средняя и повышенная (58-137 мг/кг почвы), обменным калием – высокая и очень высокая (144-186 мг/кг почвы).
Основываясь на полученной картине солевого режима почв (табл. 2), можно сделать вывод, что на исследуемом участке в формировании солевого режима почвы принимают участие анионы: Cl-, SO42-, HCO3-, и катионы: Na+, Мg2+ и Са2+. На глубине 0-20 см величина плотного остатка – 1,024%, на глубине 40-50 см – 0,80%, в смешанном образце – 1,1%. По классификации почв по степени засоления и в зависимости от химизма солей почвы участка отнесены к очень сильнозасоленным.
Таблица 2
Классификация почв участка по степени засоления в зависимости от состава солей
|
Глубина взятия образца, см |
Степень засоления |
Разделение засоленных почв Cl- : SO42->1) |
Тип (химизм) засоления, |
||||
|
порог токсичности (незасоленные |
слабозасоленные |
среднезасоленные |
сильнозасоленные |
очень сильнозасоленные |
|||
|
*Градация |
|||||||
|
менее 0,1 менее 0,3 |
0,1-0,2 0,3-0,9 |
0,2-0,4 0,9-2,8 |
0,4-0,8 2,8-6,5 |
более 0,8 более 6,5 |
|||
|
10-20 |
|
|
|
|
1,024 13,64 |
13,64:0,10=136,4 |
Хлоридный, остаточно-натриевые (содержание Na от емкости поглощения 7%) |
|
40-50 |
|
|
|
|
0,8 9,54 |
9,54:0,12=79,5 |
Хлоридный |
|
3 с** |
|
|
|
|
1,1 14,09 |
14,09:0,66=21,3 |
Хлоридный, малонатриевые (содержание Na от емкости поглощения 20%) |
Примечание: * – в числителе величина плотного остатка (%), в знаменателе – содержание анионов Cl-
(ммоль на 100 г почвы); ** – «с» – смешанный образец.
По соотношению анионов Cl- и SO42- (более единицы) тип (химизм) засоления – хлоридный. Для хлоридного типа засоления минимальный порог токсичности (величина плотного остатка), при котором почва считается не засоленной, менее 0,1%. По содержанию аниона Cl- в водной вытяжке почвы участка отнесены к очень сильнозасоленным. Допустимое содержание Cl- в незасоленных почвах менее 0,3 ммоль на 100 г. Преобладающей в растворе водной вытяжки является соль NaCl – самая токсичная по воздействию на растительность. При длительном испытании почвы наличием данных солей происходит процесс осолонцевания.
Содержание нефтепродуктов (табл. 3) на участке на глубине 0-
Таблица 3
Степень загрязнения нефтепродуктами
|
Глубина взятия образца, см |
Нефтепродукты, мг/кг |
Уровень загрязнения почв нефтепродуктами |
|
0-20 |
691 |
допустимый |
|
40-50 |
498 |
допустимый |
|
3 с* (0-20) |
5048 |
очень высокий |
|
4 с (0-20) |
3330 |
высокий |
|
2 ф** |
89 |
фоновый |
Примечание: * – «с» – смешанный образец; ** – «ф» – образец взят на фоновой ненарушенной почве.
Результаты анализов агрохимических показателей почв показали, что содержание органического вещества в виде гумуса на загрязненном участке на глубине 0-20 см превышает значение на фоновых землях в 2,14 раза (табл. 4). Значительное увеличение содержания органического углерода в почвах связано с поступлением углерода нефти [4].
Реакция среды почвенного раствора на обследованном участке нейтральная и слабощелочная (рН 6,0-7,1), на фоновой почве – нейтральная (рН 6,0).
Содержание валовых форм тяжелых металлов: Pb – 11,1 мг/кг, Hg – 0,015 мг/кг. Значения находятся в пределах ПДК (ОДК).
Рекультивация почв при ликвидации последствий нарушения почвенного покрова на площади 8075 м2 состоит из технических и биологических мероприятий. Технический этап рекультивации на загрязненном участке предусматривает следующие мероприятия: дискование земель на площади 0,8075 га; зачистка загрязнений механизированным и ручным способом; откачка 4 м3 жидкости при помощи автоматизированной канализационной насосной станции (АКНС) (место утилизации – нефтеналивная станция переработки (ННСП)); вывоз 632 м3 загрязненного грунта (место утилизации – пункт переработки нефтяных отходов (ППНО) «Кулешовская»); завоз 70 м3 чистого грунта. Противоэрозионные мероприятия: создание кольматирующих насаждений (илофильтров); строительство водоотводной вал-канавы.
Таблица 4
Агрохимические показатели нарушенных и загрязненных почв
|
Номер |
Нарушенные загрязненные почвы |
Ненарушенные почвы |
||||
|
Глубина отбора, см |
рН солевой вытяжки |
Содержание гумуса, % |
Номер |
рН солевой вытяжки |
Гумус, % |
|
|
1 р* |
0-20 |
6,0 |
3,6 |
|
|
|
|
3 с** |
0-20 |
7,0 |
6,2 |
|
|
|
|
4 с |
0-20 |
7,1 |
4,3 |
2 ф*** |
6,1 |
2,9 |
Примечание: * – «р» – почвенный образец взят с разреза; ** – «с» – смешанный образец; *** – «ф» – образец взят на фоновой ненарушенной почве.
Биологический этап направлен на закрепление поверхностного слоя почвы корневой системой растений, создание сомкнутого травостоя и предотвращение развития эрозии почв на загрязненных и нарушенных землях. Разработаны два этапа биологической рекультивации земель. Агротехнический этап направлен на улучшение химических и физических свойств загрязненных земель, включает комплекс мероприятий механической мелиорации загрязненного участка: внесение органических удобрений (80 т/га) на участке площадью 0,8075 га. За счет проведения интенсивного рыхления удается резко снизить количество углеводородов. Это свидетельствует о достаточно большом потенциале почв к самовосстановлению и о высокой эффективности рыхления в первый период после загрязнения. Все мероприятия по механической мелиорации должны быть проведены поконтурно (поперек склона) с целью соблюдения природоохранных мероприятий. Фитомелиоративный этап рекультивации включает внесение минеральных удобрений (табл. 5) с нормой внесения 4,5 ц/га с одновременным посевом многолетних трав, прикатывание почв до и после посева.
Таблица 5
Расчет потребности в материалах для проведения мероприятий по рекультивации
нефтезагрязненных почв
|
Норма внесения и высева |
Потребность |
||||||||
|
Органические удобрения, т/га |
Минеральные удобрения, ц |
Семена многолетних |
Органические |
Минеральные удобрения, ц |
Семена многолетних |
||||
|
нитрофоска |
пырей |
житняк |
донник |
нитрофоска |
пырей |
житняк |
донник |
||
|
80 |
4,5 |
10 |
10 |
10 |
64,6 |
3,63 |
8,075 |
8,075 |
8,075 |
На основании полученных результатов проведен расчёт стоимости затрат на проведение рекультивации и природоохранных мероприятий (табл. 6). Средняя кадастровая стоимость сельскохозяйственных угодий в составе земель сельскохозяйственного назначения муниципального района Кинельский составляет 27,7 тыс. руб. за один гектар.
Таблица 6
Показатели общей экономической эффективности капитальных вложений
на проведение рекультивации (в ценах
|
№ |
Показатель |
Единицы |
Количественное значение |
|
1 |
Рекультивируемая площадь (почвы пастбищ), всего |
га |
0,8075 |
|
2 |
Эколого-экономический результат |
тыс. руб. |
22,37 |
|
3 |
Капитальные вложения (К. В.) на рекультивацию: - технический этап - биологический этап |
|
|
|
тыс. руб. |
3,74 |
||
|
тыс. руб. |
183,91 |
||
|
4 |
Общие затраты на рекультивацию, всего |
тыс. руб. |
187,65 |
|
5 |
Эффективность капиталовложений на рекультивацию |
|
0,12 |
Заключение. Почвенный покров кормовых угодий в разной степени загрязнен нефтепродуктами, содержание органического вещества на нефтезагрязненных почвах увеличивается за счет углерода нефти, реакция среды почвенного раствора сдвигается в щелочную сторону, почвы засолены в сильной степени, тип засоления хлоридный.
Содержание подвижных форм тяжелых металлов (Pb, Hg) находится в пределах ПДК. На основании агрохимических исследований на загрязненном участке кормовых угодий (пастбищ) площадью 0,8075 га рекомендовано два способа восстановления земель: технический – дискование (улучшается аэрация почвы, что снижает содержание нефтепродуктов и улучшает агрофизические свойства), зачистка загрязнений механизированным и(или) ручным способом, откачка жидкой фракции нефти (при проведении данных мероприятий значительно снижается токсическое действие нефти и пластовой воды); биологический – агротехнические мероприятия по восстановлению почв (направлены на улучшение химических и физических свойств загрязненных земель), посев многолетних трав. Кроме того, противоэрозионные мероприятия: создание кольматирующих насаждений (илофильтров) для сдерживания развития процессов эрозии на смытых почвах; строительство водоотводной вал-канавы для отвода от участка кормовых угодий засоленных и загрязненных вод.
1. Gorshkova, O. V., Trots, N. M., & Chernyakova, G. I. et al. (2020). Rekulitivaciia neftezagriaznennih cherno-zemov Srednego Povolzhiia [Recovery of oil-polluted chernozem of the Middle Volga region]. Kinel': PC Samara SAU [in Russian].
2. Iskakova, E. A. (2019). Osobennosti vozdeistviia nefti i nefteproduktov na pochvennuiu biotu [Features of the impact of oil and petroleum products on soil biota]. Colloguium-journal, 12 (36), 7-10 [in Russian].
3. Mironova, A. Yu. (2013). Sravnitelinii analiz strukturi zemlepolizovaniia i perspektivi ee sovershenstvovaniia v hoziaistvah municipalinogo raiona Borskii Samarskoi oblasti [Comparative analysis of the structure of land use and prospects for its improvement in the farms of the Borsky municipal district of the Samara region]. Izvestiia Oren-burgskogo GAU - Izvestia Orenburg SAU, 3(41), 27-30 [in Russian].
4. Okolelova, A. A., Kaplya, V. N., & Lapchenkov, A. G. (2019). Ocenka soderzhaniia nefteproduktov v pochvah [Assessment of the content of petroleum products in soils]. Nauchnie vedomosti Belgorodskogo gosudarstvennogo universiteta - Belgorod State University Scientific Bulletin, 1(43), 76-86 [in Russian].
5. Pankova, E. I., Tursina T. V., & Tishkov A. A. (2019). Vklad N. I. Bazelevich v razvitie pochvennoi nauki [The contribution of N. I. Bazelevich to the development of soil science]. Pochvovedenie - Edaphology, 11, 1283-1295 [in Russian].
6. Pankova, E. I., Konyushkova, M. V., & Gorokhova, I. N. (2017). O problem ocenki zasolennosti pochv i metodike krupnomasshtabnogo cifrovogo kartografirovaniia zasolennih pochv [On the problem of assessing soil salinity and the methodology of large-scale digital mapping of saline soils]. Ekosistemy: ekologiya i dinamika - Ecosystems: ecology and dynamics, 1, 26-54 [in Russian].
7. Trots, N. M., & Gorshkova, O. V. (2019). Rekulitivaciia chernozemov Sirtovogo Zavolzhiia, narushennih pro-cessami neftedobychi [Recovery of chernozem of the Syrtovy Zavolzhye, disturbed by the process of oil production]. Izvestiia Samarskoi gosudarstvennoi selskokhoziaistvennoi akademii - Bulletin Samara state agricultural academy, 3, 16-22 [in Russian].
8. Trots, N. M., & Gorshkova, O. V. (2018). Ocenka sostoianiia zemeli seliskohoziaistvennogo naznacheniia Sa-marskoi oblasti, nahodiashchihsia v zone neftedobichi [Assessment of the state of agricultural lands of the Samara region located in the oil production zone]. Agrarnaya Rossiya - Agrarnaya Rossiya, 4, 10-13 [in Russian].
9. Chekmarev, P. A., & Obushchenko, S. V. (2016). Monitoring plodorodiia pochv Samarskoi oblasti [Monitoring of soil fertility in the Samara region]. Zemledelie - Zemledelie, 8, 12-15 [in Russian].
