п.г.т. Усть-Кинельский, Самарская область, Россия
п.г.т. Усть-Кинельский, Самарская область, Россия
УДК 63 Сельское хозяйство. Лесное хозяйство. Охота. Рыбное хозяйство
ГРНТИ 68.29 Земледелие
Цель исследований – разработка способов восстановления плодородия черноземов, нарушенных в результате химической деградации, для использования в сельскохозяйственном обороте. Основная причина уменьшения площади сельскохозяйственных угодий – процессы деградации земель. Степень химической деградации зависит от состава, концентрации и активности загрязняющих веществ, ре-жима хозяйственного использования территории. Проблема загрязнения почв сельскохозяйственного назначения в Поволжском регионе в результате нефтедобычи определяет особенности их рекульти-вации. Исследования проводились в 2019-2021 гг. на черноземах типичных среднегумусных маломощных сла-босмытых легкоглинистых. Исследованиями выявлено присутствие анионов Cl-, SO42-, HCO3-, и катио-нов Na+, Мg2+ и Са2+. Количественное присутствие ионов натрия и хлора свидетельствует о хлоридном типе засоления и очень сильной степени засоления. Содержание органического вещества в виде гумуса на загрязненном участке – 4,7-5,1%, на фоновых землях – 3,5%, реакция среды почвенного раствора нейтральная (рН 6,3), фоновой почвы – слабощелочная (рН 7,1), содержание подвижных форм тяжелых металлов (Pb, Hg) находится в пределах ПДК. Содержание подвижных форм тяжелых металлов (Cu, Zn, Co и Mn) находится в пределах ПДК. По результатам агрохимических анализов на нарушенном и загряз-ненном участке площадью 0,0622 га принято два способа восстановления почвы: технический и биоло-гический. Согласно полученным расчетам для проведения рекультивационных работ потребуется 6,22 т/га органических удобрений, 0,28 ц минерального удобрения (нитрофоска), по 0,622 кг семян много-летних трав (пырей, житняк, донник), 18,99 т/га фосфогипса.
черноземы, деградация, минерализация, пластовые воды, агрохимические показатели, рекультивация, экономическая оценка
Основной причиной уменьшения площади сельскохозяйственных угодий являются процессы их деградации [2, 5]. Химическая деградация зависит от состава, концентрации и активности загрязняющих веществ, режима хозяйственного использования территории. Началом процесса деградации является поступление загрязняющих веществ в сосредоточенный сброс [1, 3]. Проблема загрязнения почв сельскохозяйственного назначения в Поволжском регионе в результате процессов нефтедобычи является актуальной и определяет особенности процессов их рекультивации [6, 7, 8].
Цель исследований – разработка способов восстановления плодородия черноземов, нарушенных в результате химической деградации, для использования в сельскохозяйственном обороте.
Задачи исследований – оценить уровень основных агрохимических показателей нефтепродуктов, высокоминерализованных пластовых вод, тяжелых металлов в черноземных почвах площадью 0,0622 га при их загрязнении, произошедшем в результате прорыва нефтепровода.
Материал и методы исследований. В 2019-2021 гг. проводилось комплексное агрохимическое обследование земельного участка в районе кустовых насосных станций (КНС) Дмитриевского месторождения КНС-9 и КНС-10 в границах Кинель-Черкасского района Самарской области, площадью 0,0622 га.
Почвенные разрезы закладывались таким образом, чтобы охватить все формы рельефа и участки предполагаемого засоления и загрязнения. Координирование земельного участка осуществлялось по внешней границе с помощью прибора GPSmap 60Cx – GARMIN. Смешанные образцы отбирались методом конверта на площадке 20×20 м. Всего на исследованной территории было отобрано 3 образца для проведения лабораторных испытаний: 1 разрез был заложен на глубину
0-60 см, из которого отобрано 2 почвенных образца. Кроме того был отобран 1 смешанный образец (из 5 точечных проб). На фоновой почве отобран 1 образец на глубине 0-20 см. Почвенные образцы просушивались до воздушно-сухого состояния и направлялись в аккредитованную лабораторию. 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, взятых на нарушенных и загрязненных почвах, сравнивались с показателями фоновой почвы. Химизм и степень засоления почв определялись по данным анализа водной вытяжки. Тип засоления определялся составом анионов и катионов в характеризуемом слое или горизонте по классификации Н. И. Базилевича и Е. И. Панковой [4].
Результаты исследований. В результате производственной деятельности произошло загрязнение почвы высокоминерализованными пластовыми водами и тем самым причинен вред почвам как объекту окружающей среды на площади 622 м2. По природно-сельскохозяйственному районированию страны исследуемая территория находится в степной зоне Заволжской провинции. Почвенный покров представлен черноземами типичными, расположенными на вершинах водоразделов и склонах различной экспозиции. Почвообразующими породами для них послужили элювиальные и делювиальные глины и суглинки. Тип деградации – химическая. Уровень загрязнения химическими веществами (токсичными солями) очень высокой степени.
Характеристика почв по содержанию гумуса, мощности гумусового горизонта, рН солевой вытяжки, механическому составу, содержанию подвижного фосфора и обменного калия представлена в таблице 1. Данные приводятся по результатам почвенного обследования, проведенного в
Таблица 1
Фоновые агрохимические показатели черноземов степной зоны Заволжской провинции
|
Почва |
Содержание гумуса, % |
Мощность гумусового горизонта, см |
рН солевой вытяжки |
Физическая глина, % |
Емкость поглощения мг/экв. на 100 г |
|
|
Чернозем типичный среднегумусный маломощный слабосмытый легкоглинистый |
6,4 |
40 |
6,6 |
- |
42 |
Содержание гумуса в верхнем горизонте 6,4%. Мощность гумусового горизонта 40 см. Реакция почвенной среды близкая к нейтральной (рН 6,6). Емкость поглощения 42 мг/экв. на 100 г почвы (табл. 1). Тип засоления определяется составом анионов и катионов в характеризуемом слое или горизонте по классификации Н. И. Базилевича и Е. И. Панковой 1968 года. Основываясь на полученной картине солевого режима почв, можно сделать вывод, что в почве на участке в формировании солевого режима принимают участие анионы: Cl-, SO4-2, HCO3-, и катионы: Na+, Мg2+ и Са2+ (табл. 2).
Таблица 2
Содержание ионов в почве по генетическим горизонтам черноземов, подвергшихся осолонцеванию
|
Глубина взятия образца, см |
рН |
мМоль на 100 г почвы |
Плотный остаток, % |
|||||||
|
СО3 2- |
НСО3 - |
Cl - |
SO4 2- |
Ca 2+ |
Mg 2+ |
Na + |
K + |
|||
|
0-20 |
7,7 |
0 |
- |
- |
- |
- |
- |
6,30 |
0,35 |
- |
|
20-40 |
7,3 |
0 |
0,25 |
16,0 |
0,58 |
0,25 |
0,13 |
16,6 |
0,04 |
1,123 |
|
0-20 |
8,1 |
0 |
0,50 |
0,24 |
0,34 |
0,50 |
0,50 |
0,35 |
0,03 |
0,099 |
Степень, химизм засоления и наличие солонцеватости в разрезе по участкам и точкам отбора образцов приведен в таблице 3.
В результате лабораторных исследований установлено, что водорастворимые соли присутствуют по всему профилю заложенного разреза, присутствуют повышенные количества ионов Cl-
и Na+. По количественному содержанию водорастворимых солей определен хлоридный тип засоления очень сильной степени, поскольку хлоридного аниона содержится больше остальных, из катионов преобладает ион Na+. По содержанию обменного натрия – почвы участка обследования малонатриевые. Преобладающей в растворе водной вытяжки является соль NaCl – самая токсичная по воздействию на растительность. При таком количестве токсичные соли оказывают отрицательное воздействие на рост и развитие растений. При длительном испытании почвы наличием данных солей происходит процесс осолонцевания.
Таблица 3
Степень, химизм засоления и наличие солонцеватости черноземов степной зоны
Заволжской провинции
|
Площадь участка, га |
Номер точки отбора образца (глубина взятия образца) |
Тип |
Степень засоления |
Степень солонцеватости |
|
0,0622
|
1 р* (0-20) |
Хлоридный |
Очень |
Малонатриевые |
|
1 р (40-60) |
Хлоридный |
Очень |
Малонатриевые |
|
|
2 с** (0-20) |
- |
- |
- |
|
|
3 ф*** (0-20) |
Засоление отсутствует |
|||
Примечание: * – «р» – почвенный образец взят с разреза; ** – «с» – смешанный образец; *** – «ф» – образец взят на фоновой ненарушенной почве.
При оценке степени загрязнения земель и земельных участков нефтью и нефтепродуктами
в качестве допустимого уровня ранее было принято использовать значение, равное 1,0 г/кг, в соответствии с ГОСТ Р 57447-2017 «Наилучшие доступные технологии. Рекультивация земель и земельных участков, загрязненных нефтью и нефтепродуктами». Содержание нефтепродуктов на участке на глубине 0-
в почве участка обследования не превышает допустимый уровень, установленный ГОСТ Р
57447-2017, и соответствует фоновому уровню загрязнения (табл. 4).
Таблица 4
Степень загрязнения нефтепродуктами черноземов степной зоны Заволжской провинции
|
Площадь участка, га |
Глубина взятия образца, см |
Нефтепродукты, мг/кг |
Уровень загрязнения почв нефтепродуктами |
|
0,0622 |
1 р * (0-20) |
260,0 |
Фоновый |
|
1 р (40-60) |
76,0 |
Фоновый |
|
|
2 с** (0-20) |
193,0 |
Фоновый |
|
|
3 ф*** (0-20) |
47,0 |
нет |
Примечание: * – «р» – почвенный образец взят с разреза; ** – «с» – смешанный образец; *** – «ф» – образец взят на фоновой ненарушенной почве.
Содержание органического вещества в виде гумуса на участке 4,7-5,1% на глубине 0-20 см и 3,0% на глубине 20-40 см, на фоновых землях – 3,5%. Реакция среды почвенного раствора на обследованном участке нейтральная (рН 6,3), на фоновой почве – слабощелочная (рН 7,1). Содержание подвижных форм тяжелых металлов (Cu, Zn, Co и Mn) находится в пределах ПДК.
Исходя из утвержденной кадастровой стоимости в границах Кинель-Черкасского района стоимость одного гектара земель составляет 35800 рублей. Исходя из полученных расчетов, кадастровая стоимость загрязненного земельного участка – 2226,76 рублей.
Расчёт стоимости затрат на проведение рекультивации и природоохранные мероприятия выполнен в ценах июня 2019 г. Показатели расчёта экономической эффективности капитальных вложений на проведение рекультивации загрязненных земель и природоохранные мероприятия представлены в таблице 5.
Таким образом, расчётная эффективность затрат на рекультивацию загрязненных земель
и другие природоохранные мероприятия при производстве работ по восстановлению загрязненных земель составит 0,02 – это ниже нормативного коэффициента капитальных вложений
(Ен/р = 0,09 для пастбища). Общие затраты на рекультивацию (к сроку ее окончания) составляют 118,45 тыс. руб. Состав и содержание работ по проведению рекультивации земель при последствиях загрязнения почвенного покрова на площади 622,0 кв. м. состоят из технических и биологических мероприятий по рекультивации.
Технический этап рекультивации на участке предусматривает следующие мероприятия: планировка поверхности на общей площади 0,0622 га; плантажная вспашка на глубину до
общей площадью 0,0622 га. Агротехнический этап рекультивации включает в себя комплекс мероприятий химической и механической мелиорации загрязненного участка: двукратное рыхление грунтов; внесение органических удобрений в количестве 6,22 т на площади 0,0622 га; плантажная вспашка на глубину до
Таблица 5
Показатели общей экономической эффективности капитальных вложений
на проведение рекультивации черноземов степной зоны Заволжской провинции
|
№
|
Показатели |
Формула |
Единицы |
Количественное |
|
1 |
Рекультивируемая площадь, всего |
S |
га |
0,0622 |
|
|
пашня |
S1 |
га |
- |
|
|
пастбище |
S2 |
га |
0,0622 |
|
2 |
Эколого-экономический результат |
ЭЭР |
тыс. руб. |
2,227 |
|
3 |
Капитальные вложения (К. В.) на рекультивацию: |
Кт |
тыс. руб. |
0,46 |
|
|
- биологический этап |
Кб |
тыс. руб. |
117,99 |
|
4 |
Общие затраты на рекультивацию, всего |
Крек = КТ + Кб |
тыс. руб. |
118,45 |
|
5 |
Эффективность капиталовложений |
Э = ЭЭР / Крек |
|
0,02 |
Наибольшая скорость разложения нефти наблюдается при внесении удобрений, так как они значительно улучшают пищевой режим загрязнённой почвы. Наиболее эффективным является совместное внесение органических и минеральных удобрений, которое обуславливает дополнительное ускорение минерализации нефти на 4-12% по сравнению с раздельным их использованием.
На участке площадью 0,0622 га принято восстановление земель под пастбище. С этой целью на участке приняты следующие мероприятия: дискование земель на площади загрязненных земель 0,0622 га; внесение минеральных удобрений в количестве 0,28 ц (норма внесения 4,5 ц/га); вспашка земель в два следа на глубину
Таблица 6
Расчет потребности в материалах для рекультивации черноземов
степной зоны Заволжской провинции
|
Площадь
|
Норма внесения и высева |
Потребность |
||||||||
|
Органические удобрения, т/га |
Минеральные удобрения, ц |
Семена многолетних трав, кг/га |
Органические удобрения, т |
Минеральные удобрения, ц |
Семена многолетних трав, кг |
|||||
|
Нитрофоска |
Пырей |
Житняк |
Донник |
Нитрофоска |
Пырей |
Житняк |
Донник |
|||
|
0,0622 |
100 |
4,5 |
10 |
10 |
10 |
6,22 |
0,28 |
0,622 |
0,622 |
0,622 |
Химическая мелиорация проводится на участке площадью 0,0622 га, на котором отмечено засоление пластовыми водами. При внесении гипса в почву происходит замещение в почвенном поглощающем комплексе обменного натрия на кальций. Норму внесения гипса устанавливают по содержанию обменного натрия в почве по формуле К. К. Гедройца:
|
|
, |
где Д – доза гипса, т/га; 0,086 – значение 1 мг-экв. гипса;
Na – содержание обменного натрия, мг-экв. на 100 г почвы;
Е – емкость обмена, мг-экв. на 100 г почвы;
0,05 – количество обменного натрия (% от емкости обмена), не оказывающее отрицательного влияния на свойства почвы и оставляемое в ППК;
h – мощность мелиорируемого слоя, см;
dV – плотность сложения мелиорируемого слоя, г/см3;
DB – содержание CaSO4×2Н2О в мелиоранте, %.
В качестве мелиоранта применяется фосфогипс, который является крупнотоннажным отходом производства двойного суперфосфата и преципитата. Представляет собой очень тонкий порошок серого или белого цвета, содержащий 75-85% гипса, 0,5-0,6% фосфорной кислоты, 5-6% глины и воду. Фосфогипс гораздо дешевле гипса, обладает высокой растворимостью, присутствие в нем водорастворимого фосфора усиливает мелиорирующий эффект.
Для расчета потребности гипса использовалась наибольшая величина обменного натрия – 6,7 мг-экв. на 100 г почвы (16% от емкости поглощения 42,0 мг-экв. на
Рассчитанная доза гипса составляет 18,99 т/га. Способ внесения гипса определен следующим образом: осень под вспашку 2/3 нормы, весной под культивацию 1/3 нормы.
Заключение. В почве на исследуемом участке в формировании солевого режима принимают участие анионы Cl-, SO42-, HCO3-, и катионы Na+, Мg2+, Са2+. По присутствию и количеству водорастворимых солей в профиле почвы определен хлоридный тип засоления сильной степени, содержание Na от емкости поглощения 16% свидетельствуют о наличии процессов осолонцевания. Содержание нефтепродуктов, подвижных форм тяжелых металлов находится в пределах ПДК. По результатам агрохимических анализов на участке порыва нефтепровода принято два способа восстановления земель: технический и биологический. Расчётная эффективность затрат на рекультивацию загрязненных почв составила 118,45 тыс. руб. Согласно полученным расчетам для проведения рекультивационных работ потребуется 6,22 т/га органических удобрений, 0,28 ц минерального удобрения (нитрофоска), по 0,622 кг семян многолетних трав (пырей, житняк, донник), 18,99 т/га фосфогипса.
1. Горшкова О. В., Троц Н. М., Чернякова Г. И. и др. Рекультивация нефтезагрязненных черноземов Сред-него Поволжья : монография. Кинель : РИО Самарского ГАУ, 2020. 149 с.
2. Дербенцева А. М. Химическая деградация почв под воздействием техногенных геохимических потоков // Горный информационно-аналитический бюллетень. 2005. №3. С. 544-549.геохимических потоков // ГИАБ. 200
3. Околелова А. А., Капля В. Н., Лапченков А. Г. Оценка содержания нефтепродуктов в почве // Региональ-ные геосистемы. 2019. Т. 43, №1. С. 76-86.
4. Панкова Е. И., Турсина Т. В., Тишков А. А. Вклад Н. И. Базелевич в развитие почвенной науки // Почво-ведение. 2019. № 11. С. 1283-1295.
5. Панкова Е. И., Конюшкова М. В., Горохова И. Н. О проблеме оценки засоленности почв и методике круп-номасштабного цифрового картографирования засоленных почв // Экосистемы: экология и динамика. 2017. №1. С. 26-54.
6. Троц Н. М., Горшкова О. В. Рекультивация черноземов Сыртового Заволжья, нарушенных процессами нефтедобычи // Известия Самарской государственной сельскохозяйственной академии. 2019. № 3. С. 16-22.
7. Троц Н. М., Горшкова О. В. Оценка состояния земель сельскохозяйственного назначения Самарской области, находящихся в зоне нефтедобычи // Аграрная Россия. 2018. № 4. С. 10-13.
8. Троц Н. М., Горшкова О. В. Рекультивация нефтезагрязненных кормовых угодий степного Заволжья // Известия Самарской государственной сельскохозяйственной академии. 2021. № 3. С. 15-21.
