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 aim of the research is to develop means of reclamation of oil-contaminated and solinification for its involvement into agricultural crop rotation. Oil and produced water are typical and spread pollutants of the field where produc-tion is being developted. Szik soil and oil polluted areas were marked at the production fields and agrochemical analysis of their condition was carried out resulted from soil-reclamation survey made during 2012. The content of sodium ions Na+, chlorine Cl-, carbonate anions CO32- , on the basis of which the degree of salinization of soils, and types of salinization – chloride, chloride-soda, soda, soda-sulfate was estimated. During the field operation period increase in the degree of salinity from weak to very strong was tested. The dynamic of agrochemical indica-tors of soil cover was determined. The humus content is 3.10-4.71 %, the pH of the soil solution varies from close to neutral to slightly alkaline (pH 6,2-8,3), soil labile phosphorus – from very low to very high (4.4-217.9 mg/kg), potas-sium – from very low to high (63.0-665.0 mg/kg). It is established that oil products in the upper soil horizon are found locally, reach the category of high level of pollution and require special measures for reclamation. A slight increase in regard to adopted measure in local areas is observed at a depth of 20-40 cm and 40-60 cm, it is within the limits possible for soil self-purification. Names for soil varieties were clarified. On the soil parts with a total area of 63.8 hectares, the saline land was 30.02 hectares, disturbed soils – 17.65 hectares, contaminated with oil prod-ucts – 5.3 hectares, soil covering area of 24.49 hectares remained not polluted (can be returned to the crop rota-tion). For recultivated soil, the calculation of the need and application rates was performed: gypsum – 74.31 t, min-eral fertilizers – 347.08 C, organic fertilizers – 12455 t.
oil pollution, salinification, reclamation, black soil, crop rotation
В условиях интенсивного развития нефтедобывающей промышленности увеличивается нагрузка на земли сельскохозяйственного назначения: происходит повсеместное загрязнение почвенного покрова нефтепродуктами и пластовыми водами. Основное внимание при решении этой экологической проблемы направлено на аварийные разливы нефти, а эффективные способы рекультивации засоленных участков почв различных природных экосистем отсутствуют [1, 2].
Для засоленных участков необходимо подбирать способы рекультивации в зависимости от природно-климатических условий, типов почв и микрорельефа местности [3, 4]
Цель исследований – разработка способов рекультивации нефтезагрязненных и засоленных почв для вовлечения их в сельскохозяйственный севооборот.
Задача исследований – уточнить названия почвенных разновидностей и определить эффективность мероприятия по их рекультивации.
Материалы и методы исследований. В 2002-2012 гг. для выполнения поставленных задач на территории Горбатовского месторождения нефти (Самарская область), которое эксплуатируется с 1971 г., проводились исследования на почвах, подвергшихся засолению и нефтезагрязнению. В отобранных почвенных образцах определяли: pH водной вытяжки; содержание гумуса по Тюрину, обменного натрия (мг-экв на
Результаты исследований. Горбатовское месторождение нефти расположено в Волжском районе Самарской области на сыртовых пологих склонах водораздельного плато рек Самары и Чапаевки. Климат континентальный со значительными колебаниями температур. По количеству выпадающих осадков территория месторождения относится к зоне повышенного увлажнения. Почвенный покров представлен почвенными разностями черноземов, залегающих на сыртовых глинах на пологих склонах водораздельного плато рек Самары и Чапаевки (табл. 1).
Таблица 1
Показатели состояния плодородия почвы территории Горбатовского месторождения нефти,
Самарская область, 2002 г.
|
Содержание гумуса, % |
Мощность гумусового горизонта, см |
рН водной вытяжки |
Физическая глина, % |
Подвижные формы, мг/кг почвы |
||
|
Аn (А) |
АВ |
Р2О5 |
К2О |
|||
|
Чернозем обыкновенный малогумусный среднемощный легкоглинистый |
||||||
|
5,3 |
- |
74 |
7,3 |
58,7 |
|
|
|
Чернозем обыкновенный карбонатный малогумусный среднемощный тяжелосуглинистый |
||||||
|
5,5 |
5,0 |
69 |
7,1 |
47,8 |
59 |
93 |
|
Чернозем обыкновенный карбонатный малогумусный среднемощный слабосмытый легкоглинистый |
||||||
|
4,9 |
|
49 |
|
|
41 |
54 |
|
Чернозем обыкновенный карбонатный малогумусный маломощный легкоглинистый |
||||||
|
4,8 |
- |
38 |
7,2 |
|
|
|
|
1. Чернозем обыкновенный карбонатный слабогумусированный среднемощный слабосмытый легкоглинистый. 2.Солонец черноземный солончаковый хлоридный слабозасоленный остаточно-натриевый мелкий, 10-25 % |
||||||
|
3,3 |
- |
36 |
|
55,5 |
|
|
|
2,8 |
|
40 |
7,2 |
53,5 |
|
|
|
Чернозем южный карбонатный слабогумусированный маломощный слабосмытый среднеглинистый |
||||||
|
3,7 |
3,5 |
35 |
|
65,5 |
|
|
Мощность гумусового горизонта среднемощных черноземов изменяется от 49 до 74 см, маломощных – от 37 до 38 см. Содержание гумуса в пахотном слое у среднегумусного чернозема 6,02%, у малогумусного – 4,8-5,5%, у слабогумусированного – 3,3-3,9 %. Содержание физической глины (частиц менее 0,01 мм) у среднеглинистой разновидности 65,5 %, у легкоглинистых разновидностей 53,5-60,0 %, у тяжелосуглинистой – 47,8%. Почвы обладают высоким естественным плодородием. У карбонатных черноземов эти качества несколько ниже.
По мощности гумусового горизонта выделены маломощные и среднемощные виды почв. Величины их составляют, соответственно, 35-
В связи с длительным и интенсивным влиянием хозяйственной деятельности, осуществляемой при транспортировке нефти, на территории обследования произошла трансформация
агрохимических свойств почв, что привело к изменению названия на уровне разновидностей.
Результаты химических и агрохимических исследований почв (2003-2005 гг.) и измененные названия почвенных разновидностей приведены в таблице 2. Определен тип засоления – хлоридный
(Cl 6,26-12,27 мг-экв на
Cl 0,56 мг-экв на
(CO3 0,07 мг-экв на
В результате производственной деятельности произошло загрязнение окружающей среды и, в частности, почвенно-растительного покрова территории. Наиболее распространенными загрязнителями месторождения выступают нефть и пластовые воды. По результатам почвенно-мелиоративного обследования
составляет 3,4%, рН почвенного раствора среднещелочная (рН 7,6-8,1), обеспеченность почв
подвижным фосфором колеблется от очень низкой до очень высокой (9,6-217,9 мг/кг), обменным калием – от средней до очень высокой (200-665 мг/кг). Проанализировав данные химических анализов образцов почв, отобранных на данном участке, определено несколько типов засоления: хлоридный, сульфатно-хлоридный и хлоридно-сульфатный, степень засоления – от слабой до сильной. Почвы преимущественно солончаковатые, сильно солонцеватые, выделен солонец черноземный сильнозасоленный хлоридный многонатриевый. Нефтепродукты на данном участке не обнаружены.
Таблица 2
Результаты химических и агрохимических анализов почв территории
Горбатовского месторождения нефти, Самарская область, 2003-2005 гг.
|
Глубина взятия образца, см |
рН водной вытяжки |
Гумус по Тюрину, % |
Обменный Na, мг-экв на |
Нефтепродукты, мг/кг |
Тип и степень засоления |
Наименование почвенной разности |
|
0-20 30-40 |
8,2 8,1 |
3,6 |
- |
- |
Не засолены |
Чернозем южный карбонатный солончаковатый очень сильно засоленный хлоридный сильно сильно солонцеватый слабогумусированный маломощный слабосмытый среднеглинистый в комплексе |
|
0-20 |
9,4 |
2,5 |
- |
- |
Сульфатно-хлоридный, слабозасоленные |
|
|
0-20 30-40 |
8,6 8,2 |
4,0 |
26,2 15,2 |
24710,0 2230,0 |
Хлоридный, |
|
|
0-20
30-40
40-60 |
9,3
8,1
8,5 |
7,3 |
12,9
13,6 |
9190,0
2910,0
390,0 |
Сульфатно-хлоридный, слабозасоленные |
Чернозем обыкновенный карбонатный солончаковатый слабозасоленный сульфатно-хлоридный сильносолонцеватый малогумусный среднемощный легкоглинистый |
|
Сульфатно-хлоридный, сильнозасоленные |
||||||
|
Сульфатно-хлоридный, сильнозасоленные |
||||||
|
0-20 |
8,3 |
5,5 |
- |
- |
Сульфатно-хлоридный, слабозасоленные |
|
|
0-20 |
7,6 |
3,0 |
- |
- |
Не засолены |
Чернозем обыкновенный карбонатный слабогумусированный среднемощный слабосмытый |
Почвы участка №2 (
(3,8-217,9 мг/кг), обменным калием – от средней до высокой (234-545 мг/кг). Определен хлоридный тип засоления, степень засоления сильная. Почвы сильносолонцеватые, содержание обменного натрия более 15 %. Выделен солонец черноземный сильнозасоленный хлоридный многонатриевый. Часть почвы не засолена водорастворимыми солями. Нефтепродуктов в верхнем горизонте не обнаружено, небольшое превышение ПДК по нефтепродуктам отмечено в почвенных разрезах на глубине 20-
Следует отметить, что оптимальный процесс самоочищения почв от нефтепродуктов протекает при содержании их в почве в пределах 5000-7000 мг/кг. При более высоком содержании нефтепродуктов процесс самоочищения почв подавляется [5, 6, 7]. Для усиления процесса разложения нефтепродуктов необходимо проведение специальных мероприятий.
На участке №3 (
На участке №4 (
На исследованных почвенных участках общей площадью 63,8 га площадь засоленных земель составила 30,02 га, нарушенных почв – 17,65 га, загрязненных нефтепродуктами –
Таблица 3
Потребность и расчет норм внесения гипса, минеральных и органических удобрений
для нефтезагрязенных почв территории Горбатовского месторождения нефти, Самарская область
|
Площадь, га |
Норма внесения |
Потребность |
||||
|
гипс, т/га |
органические удобрения, т/га |
минеральные удобрения, ц |
гипс, т |
органические удобрения, т |
минеральные удобрения, ц |
|
|
Участок №1 |
|
|
|
|
|
|
|
5,5 (засоленные) |
3,58 |
300 |
6,0 |
19,69 |
1650,0 |
33,0 |
|
0,22 (нарушенные) |
- |
100 |
4,5 |
- |
22,0 |
0,99 |
|
Участок №2 |
|
|
|
|
|
|
|
15,3 (засоленные) |
3,57 |
300 |
6,0 |
54,62 |
4590,0 |
91,8 |
|
8,4 (нарушенные) |
- |
100 |
4,5 |
- |
840,0 |
37,8 |
|
Участок №3 |
|
|
|
|
|
|
|
8,36 (слабозасоленные) |
- |
200 |
4,5 |
- |
1672,0 |
37,62 |
|
5,3 (загрязненные) |
- |
200 |
6,0 |
- |
1060,0 |
31,8 |
|
13,97 (нарушенные) |
- |
100 |
4,5 |
- |
1397,0 |
62,86 |
|
Участок №4 |
|
|
|
|
|
|
|
0,86 (слабозасоленные) |
- |
200 |
4,5 |
- |
172,0 |
3,87 |
|
10,52 (нарушенные) |
- |
100 |
4,5 |
- |
1052,0 |
47,34 |
|
Итого: |
|
|
|
74,31 |
12455 |
347,08 |
Согласно рекомендуемым зональным нормам для расчетов использованы: органические удобрения в виде навоза, минеральные вещества в виде сложного комплексного удобрения
нитрофоски азотнофосфорнокислотной NН4NО3 + NН4Cl + КNO3 + СаНРО4*H2O+ NН4Н2РО4 (содержание действующего вещества, % – 16,0 : 16,0 : 16,0).
Расчет необходимого количества гипса для мелиорации засоленных почв проводили по формуле Гедройца (исходя из 100 % СаSO4∙2Н2О):
Г=0,86(Nа – 0,05Т)∙Н∙Д,
где Г – доза гипса, т/га; Nа – содержание обменного натрия, мг-экв/100 г почвы; Т – емкость обмена, мг-экв/100 г почвы; Н – мощность мелиорируемого слоя, см; Д – объемный вес почвы мелиорируемого слоя.
Средняя емкость обмена для данных почвенных разностей составляет 42,3 мг-экв/100 г почвы, объемный вес почвы – 1,2 г/см3, мощность мелиорируемого слоя 0,30 м; обменный натрий на участке №1 – 13,68 мг-экв/100 г почвы, на участке №2 – 13,66 мг-экв/100 г почвы.
Участок №1 – 0,86 × (13,68 – 0,05 × 42,3) × 0,30 × 1,2 = 3,58 т/га.
Участок №2 – 0,86 × (13,66 – 0,05 × 42,3) × 0,30 × 1,2 = 3,57 т/га.
На участках №3 и 4 нецелесообразно вносить гипс, поскольку содержание обменного натрия не значительно, а засоление на данных участках слабой степени.
Органические удобрения. На сильнозасоленные почвы норма внесения 300 т/га, на слабо- и среднезасоленные, а также загрязненные нефтепродуктами – 200 т/га. На нарушенные – 100 т/га.
Внесение минеральных удобрений. В виде сложного комплексного удобрения нитрофоски азотнофосфорнокислотной из расчета 4,5 ц/га – на средне-, слабозасоленные и нарушенные,
6 ц/га – на сильнозасоленные и загрязненные.
Заключение. За период эксплуатации территории Горбатовского месторождения нефти с 2002 г. по 2012 г. произошли следующие изменения (по полученными результатами агрохимических анализов):
1. Степень засоления изменилась в сторону увеличения (от слабой до очень сильной), тип засоления – хлоридный, хлоридно-содовый, содовый, содово-сульфатный. Наличие в почвенном поглощающем комплексе 18-28% ионов натрия свидетельствует о процессе осолонцевания почв и позволяет отнести почвы к средне- и многонатриевым.
2. Нефтепродукты в верхнем горизонте почв обнаруживаются локально, почвы достигают категории высокого уровня загрязнения. Это влияет на показания значений гумуса почвы, что следует обозначить как органический углерод (до 4,71%), незначительное превышение по ПДК на локальных участках отмечается на глубине 20-40 см и 40-60 см, оно находится в пределах возможных процессов самоочищения почв.
3. Значения агрохимических показателей почвенного покрова в динамике неоднозначно. Содержание гумуса составляет 3,10-4,71 %, рН почвенного раствора варьирует от близкой к нейтральной до слабощелочной (рН 6,2-8,3), обеспеченность почв подвижным фосфором – от очень низкой до очень высокой (4,4-217,9 мг/кг), обменным калием – от очень низкой до высокой (63,0-665,0 мг/кг).
4. В зависимости от данных о нефтезагрязнении и засолении почв должны быть проведены мероприятия по рекультивации, включающие: гипсование почв внесением гипса в общем количестве 74,31 т, обогащение органическими (навоз) и минеральными веществами (сложное комплексное удобрение нитрофоска азотнофосфорнокислотная), потребность в которых 12455 т и 347,08 ц соответственно.
1. Lednev, A. V. (2008). Diagnostika I klassifikaciia pochv, narushennykh v rezulitate neftedobychi [Diagnosis and classification of soils disturbed as a result of oil production]. Vestnik rossiiskoi akademii seliskokhozyaistvennykh nauk - Bulletin of the Russian Academy of agricultural Sciences, 3, 39-40 [in Russian].
2. Ishkova, S. V., Trots N. M., & Gorshkova, O. I. (2012). Vliyanie neftianykh ustanovok na zagriaznenie pochvennogo pokrova tiazhelymi metallami I nefteproduktami [Influence of oil installations on soil contamination with heavy metals and oil products]. Izvestiia Samarskogo nauchnogo centra Rossiiskoi akademii nauk - Izvestia of Samara Scientific Center of the Russian Academy of Sciences, 14, 5-1, 217-219 [in Russian].
3. Fominykh, D. E., & Shcherbak, G. G. (2012). Tekhnogennoe zasolenie I vozmozhnosti rekulitivacii pochv na territoriiakh neftianikh mestorozhdenii ZapadnoiSibiri [Technogenic salinization and possibilities of soil reclamation in the territories of oil fields of Western Siberia]. Inzhenernie iziskaniia - Engineering survey, 9, 66-71 [in Russian].
4. Fominykh, D. E. (2013). Analiz effektivnosti rabot po rekulitivacii zasolyonnykh zemel SrednegoPriobiia [Analysis of the effectiveness of works on reclamation of saline lands of the Middle Ob region]. Globalinii nauchnii potencial - Global Scientific Potential, 8, 82-85 [in Russian].
5. Uzkikh, O. S., & Khomyakov, D. M. (2009). Osnovnie pokazateli neftezagriaznennykh pochv i ikh znachimost pri ekologicheskom normirovanii [The main indicators of oil-contaminated soils and their importance in environmental regulation]. Bezopasnost truda v promishlennosti - Occupational Safety in Industry, 3, 38-43 [in Russian].
6. Teslya, A. V., Galaktionova, L. V., Vasilchenko, A. S., & Eliseeva, M. V. (2013). Ocenka stepeni zagriazneniia tipichnyh I yuzhnykh chernozemov Preduraliia nefteproduktami [Assessment of the degree of contamination of typical and southern chernozems of the Urals with oil products]. Vestnik Orenburgskogo gosudarstvennogo universiteta - Vestnik Orenburg state University, 6 (155), 92-95 [in Russian].
7. Turusov, V. I. Nivochihkin, A. M., Cheverdin, Yu. I., Bespalov, V. A., Titova, T. N., & Ryabtsev A. N. (2019). Rekomendacii po melioracii zasoleno-soloncevatykh pochv Centralino-Chernozemnogo regiona [Recommendations for reclamation of saline-alkaline soils of the Central Chernozem region]. Kamennaya step [in Russian].
