Изменение свойств чернозема выщелоченного при загрязнении товарной нефтью

УДК 631.42.2

ИЗМЕНЕНИЕ СВОЙСТВ ЧЕРНОЗЕМА ВЫЩЕЛОЧЕННОГО ПРИ ЗАГРЯЗНЕНИИ ТОВАРНОЙ НЕФТЬЮ

Р. Н. Ситдиков., Р. Ш. Минигазимов, А. Н. Поскряков А. Н

Институт биологии Уфимского научного центра РАН, Уфа, Россия

Введение. Интенсивная добыча невозобновляемых ресурсов и продукты их переработки являются реальной угрозой существования природных экосистем. Загрязнение нефтью влияет на весь комплекс морфологических, физических, физико-химических, биологических свойств почв, определяющих их плодородие. Изменение свойств почв при загрязнении нефтью, а также процессы ее миграции, аккумуляции и метаболизма, зависят от физико-химического состава и количества пролитой нефти, почвенно-климатических и ландшафтных условий, типа почвы, наличия тех или иных биогеохимических барьеров, каналов миграции и диффузии в почвенном профиле [7, 10].

При нефтяном загрязнении, в первую очередь изменяются морфологические свойства почв. Для загрязненных почв характерен более темный цвет по сравнению с незагрязненными аналогами, большая плотность, наличие маслянистых и радужных пленок по граням структурных отдельностей в иллювиальном горизонте, появление столбчатой структуры в нижней части профиля почв [4]. В условиях тундровых почв компоненты нефти сохраняются десятками лет на поверхности, а их проникновение происходит на большую глубину в сухих почвах. Серые лесные почвы, насыщенные нефтепродуктами, теряют способность впитывать и удерживать влагу, для них характерны более низкие значения влажности всех категорий, водопроницаемости, влагоемкости в органогенных горизонтах по сравнению с фоновыми аналогами [6]. На участках, загрязненных сырой нефтью, уменьшается всасывание и движение влаги по почвенным капиллярам. Гидрофобный подпочвенный слой из смеси сырой нефти и почвы понижает капиллярную влагоемкость, но увеличивает способность к накоплению влаги в верхних слоях [8]. В почвах с давним сроком загрязнения J. L.Roy and W. B.Mc. Gill [9]( выявили возрастание гидрофобности в последние 10 лет. В этих почвах обнаруживаются летучие компоненты нефти в горизонтах, расположенных ниже несмачивающихся слоев. Эти соединения, необратимо сорбированные на поверхности частиц, и могли стать причиной гидрофобности почв.




ЦЦелью данной работы являлось изучение влияния загрязнения товарной нефтью на физические и физико-химические свойства чернозема выщелоченного, а также определение фитотоксичности загрязненной почвы.

Объекты и методы. Изучение влияния загрязнения товарной нефтью на свойства чернозема выщелоченного проводилось в лабораторном модельном опыте. Почвенный профиль моделировали в насыпных колонках. Насыпные почвенные колонки высотой 80 см и диаметром 10 см предварительно увлажняли дистиллированной водой до 70 % от НВ. После наступления состояния равновесия, на 3 сутки, почву загрязнили нефтью. Нефть (товарная, Сергеевское месторождение, Республика Башкортостан) приливали порционно по 100 мл до ее появления на нижней границе почвенной колонки, при этом общее количество прилитой нефти составило 1,5 л. Опыт проводился в трехкратной повторности (3 колонки – контроль, 3 колонки – почва, загрязненная нефтью). Из колонок через каждые 10 см отбирались почвенные образцы.

Физические, физико-химические и агрохимические свойства почвы определялись по общепринятым в почвоведении методикам [1,3,5], фитотоксичность [2].

Результаты и обсуждение. В профильной кривой распределения нефтепродуктов наблюдается их высокое содержание с поверхности (11,2 %) до глубины 60 см (3,2 %), что соответствует иллювиальному горизонту естественных черноземов выщелоченных, ниже на глубине 60-70 и 70-80 см их содержание низкое и составляет 0,2 %.

Чернозем выщелоченный (контроль) характеризуется легкоглинистым мелкопылевато-иловатым гранулометрическим составом. Распределение илистой фракции в почве довольно однообразно, количество ила очень постепенно возрастает с 24 - 27 % в пахотном (слое 0-20 см) и гумусово-аккумулятивном подпахотном (30-40 см) горизонте.




Загрязнение чернозема выщелоченного товарной нефтью приводит к существенному изменению гранулометрического состава, причем уровень этих изменений определяется количеством нефти, проникшей в соответствующий горизонт. Так, в наиболее загрязненном (0-20 см) пахотном слое почвы вследствие проявления склеивающего эффекта нефти наиболее заметно снижается содержание ила и мелкой пыли. В составе механических фракций при этом возрастает количество частиц, по размеру соответствующих крупному и среднему песку (1-0,25 мм), то есть по гранулометрическому составу загрязненная почва как бы облегчается, трансформируясь из легкоглинистой в среднесуглинистую.

В подпахотном горизонте загрязненной почвы наблюдается самый низкий коэффициент дисперсности [(5,9)], что указывает на наиболее высокую способность к агрегированию в слое с максимальным содержанием нефти. С глубиной агрегирующий эффект нефти снижается. По механическому составу почва переходного и иллювиального горизонтов утяжеляется, в них наиболее заметно увеличивается содержание илистых частиц и уменьшается количество частиц, соответствующих по размеру мелкому песку. Это связано, очевидно, не только с уменьшением содержания нефтепродуктов с глубиной, сколько с фракционированием нефти при ее транзите через почвенный профиль. Тяжелые фракции нефти, задерживаясь в пахотном слое, обладают выраженным агрегирующим (склеивающим) эффектом, а легкие, проникающие глубже, скорее, разрушают механические элементы, и содержание микроагрегатов (размером меньше 0,25 мм) в целом уменьшается.




В структурном составе чернозема выщелоченного преобладает комковатая фракция, содержание которой в слое 0-20 см в сумме от мелких до крупных комков составляет 75 %. Количество агрегатов от 0,25 до 3 мм составляет 21,8 %. После загрязнения нефтью доля этих агрегатов возрастает до 43,2 % преимущественно за счет разрушения крупных комочков. Изменение структуры при загрязнении нефтью происходит по всему профилю почвы, и наиболее общей закономерностью является как бы ее усреднение, то сть. уменьшение содержания наиболее крупных и увеличение мелких и особенно средних фракций. Так, в слоях 50-60 и 30-40 см количество средних (от 1 до 5 мм) возросло с 26-35 % до 34-54 %, в то время как крупных (от 5 до 10 и выше) уменьшилось на 12 и 24 %, соответственно. Коэффициент структурности при этом существенно вырос, достигнув 19,8 в слое 30-40 см. Вместе с тем, с формальной точки зрения, положительные изменения структуры не являются таковыми с агроэкологических позиций, поскольку, если даже не учитывать прямое токсическое действие нефти, трансформированные структурные агрегаты приобретают чрезмерную водопрочность: коэффициент водопрочности в слое 0-20 см достигает 1, содержание водопрочных агрегатов размером более 0,25 мм - 98 %. Наиболее устойчивыми к воздействию воды по всему профилю почвы оказались фракции 0,25-0,5 мм и > 7 мм, их содержание в сумме достигает 70-80 %.

Как известно, давление (потенциал) влаги, как и влажность, является динамическим параметром, характеризующим энергетическое состояние влаги. В качестве интегральной структурной характеристики почвы предлагает рассматривать основную гидрофизическую характеристику (ОГХ). В представленной работе ОГХ рассчитывалась по данным гранулометрического состава (педотрансферные функции).




Анализ кривых водоудерживающей способности загрязненной почвы показал, что области перехода категорий воды и категорий почвенной влаги сдвинуты в сторону показателей с наименьшей влажностью по сравнению с контролем. Наибольшие различия наблюдаются при потенциалах выше влажности, соответствующей наименьшей влагоемкости. При этом содержание воды уменьшилось на 18-62 % по сравнению с контролем. Наибольшие различия наблюдаются при потенциалах, соответствующих максимально-адсорбционной влагоемкости (до 62 % по сравнению с контролем). Максимальная гигроскопия снизилась на 50-60 % и составила лишь 5-7 %. Значения капиллярной и полной влагоемкости близки к контролю. Нефтезагрязненный чернозем выщелоченный не способен принимать и проводить воду от слоя к слою. Коэффициент фильтрации его в пахотном слое достигает 35 см/сут, тогда как на контроле его значение не превышает 14 см/сут. Насыщение почвы влагой происходит преимущественно инфлюкционным способом, так .к.ак отношение влагопроводящих пор к влагосохраняющим порам при загрязнении увеличивается в сторону влагосохраняющих (см. таблицу. 1). При этом почти в 2 раза уменьшается количество пор диаметром > 100 мкм. Это снижение наблюдаются с поверхности до слоя 60-70 см, глубже, в области низкого нефтяного загрязнения, эти отношения приближены к контрольным значениям. Среди влагосохраняющих пор в нефтезагрязненной почве содержание микропор диаметром 10-30 мкм увеличилось почти в 2 раза, а количество ультрамикропор < 6 мкм - снизилось.

Нефть образует на поверхности почвенных частиц и агрегатов гидрофобные пленки, затрудняющие их контакт с водными растворами. В определенной степени это обуславливает уменьшение емкости поглощения почв, суммы обменных Ca2+ и Mg2+. Наибольшее снижение ЕКО наблюдалось в слоях 0-10 см (17 %), 10-20 см (10 %), ниже по профилю емкость поглощения уменьшилась на 5-7 %. Под действием нефти также произошло значительное снижение суммы обменных оснований в пахотном горизонте (0-20 см) на 13-21 %. В нижних горизонтах снижение составило 5,5-9,0 %. Причем, обменный кальций при нефтяном загрязнении подвержен более интенсивному вымыванию (17-22 % в слое 0-30 см). Поскольку загрязнителем была обессоленная и обезвоженная (товарная) нефть, содержание обменного Na существенно не изменилось и составило на контроле 0,43-0,45 % по всему профилю и 0,2 % в слое 60-80 см, после загрязнения нефтью - 0,29-0,3 % от ЕКО в слое 0-60 см и 0,5-0,54 % от ЕКО в слое 60-80 см.




Таблица 1

Характер порового пространства чернозема выщелоченного

при загрязнении товарной нефтью

Диаметр пор (мкм) и их содержание в объемных %

Поры, влаго-, %

< 6

6-10

10-30

30-60

60-100

> 100

сохран.

проводящ.

0.…0-20 см

25,09

2,07

4,83

2,88

1,74

3,32

83,7

16,3

20-40 см

25,45

2,06

4,79

2,86

1,73

3,31

83,9

16,1

40-50 см

26,17

2,15

4,99

2,96

1,78

3,34

84,1

15,9

60-70 см

25,65

2,23

5,21

3,08

1,83

3,36

83,7

16,3

70-80 см

26,66

2,04

4,70

2,79

1,69

3,27

84,6

15,4

Нефтезагрязненный

0-20 см

18,75

3,87

9,13

4,30

1,89

2,05

84,8

15,2

20-40 см

19,53

4,07

9,15

3,91

1,60

1,62

87,0

13,0

40-50 см

19,90

3,68

8,51

3,92

1,70

1,84

86,1

13,9

60-70 см

17,71

2,89

7,47

4,54

2,54

3,69

78,1

21,9

70-80 см

17,65

2,74

7,14

4,50

2,63

4,09

76,9

23,1

До загрязнения почва имела нейтральную реакцию. Нефтяное загрязнение вызвало уменьшение кислотности почвы, что более выражено в отношении актуальной кислотности. Произошло её уменьшение на 0,1-0,35 единиц. Обменная кислотность уменьшилась на 0,05-0,1 ед. рНKCl от контрольного варианта без загрязнения. Вероятно, гидрофобизация почвы в большей степени затрудняет выход в раствор обменно-поглощенных ионов. Это подтверждается тем, что изменения в верхних горизонтах, задержавших большее количество нефтепродуктов, проявляется сильнее, чем в нижней части профиля. Уменьшение кислотности почвы при загрязнении казалось бы не согласуется с изменением содержания обменных катионов. Но, как показано выше, изменение порового пространства при нефтяном загрязнении способствует развитию восстановительных процессов. Очевидно, этот факт и затрудненность выхода в раствор ионов Н+ и Al3+ из-за блокирования нефтяными пленками создают такой эффект.




Фитотоксичность чернозема

выщелоченного при загрязнении товарной нефтью по всходам

кресс-салата

Нефтяное загрязнение оказало заметное влияние на обеспеченность почвы элементами питания. Количество минерального азота в целом уменьшилось по всему профилю и существенно дифференцировалось по его формам: в верхнем (0-10 см) слое с максимальным накоплением нефтепродуктов он представлен аммонийной, а с глубины 40-50 см – нитратной. Следует отметить, что в средней части профиля (1040 см) минеральный азот отсутствует. Вероятно, в этих слоях сложились условия, способствующие денитрификации.

Степень обеспеченности фосфором до загрязнения была низкой (<5 мг/100 г почвы). Нефть вызвала снижение содержания подвижного фосфора на 3,2…12%. Максимальное снижение произошло в слое 40…50 см (12%).

Для определения токсических свойств нефти на рост растений был проведен анализ на фитотоксичность. В качестве тест-культуры

на контрольной и нефтезагрязненной почве использовали кресс-салат.

Профильная кривая (см. рисунок.) показывает, что между токсичностью почвы и содержанием нефти нет прямой зависимости, что обусловлено фракционированием нефти в профиле. Максимальная токсичность наблюдалась в слое 20-50 см (подпахотный и надиллювиальный горизонт). Очевидно, плотные горизонты явились своеобразным геохимическим барьером для наиболее токсичных фракций нефти. Глубже по профилю (60-80 см) в органогенные горизонты, бедные органическим веществом, проникли менее токсичные фракции, оказавшие стимулирующие действие на прорастание семян тест-культуры.

Выводы. Загрязнение чернозема выщелоченного товарной нефтью привело к изменению всего комплекса свойств почвы: произошло слипание мелких агрегатов с образованием крупных, которые стали чрезмерно водопрочными, категории почвенной влаги сдвинулись в сторону с меньшими значениями, изменился характер порового пространства, снизилось содержание влагопроводящих пор, произошла деградация почвенно-поглощающего комплекса, ухудшилась обеспеченность подвижными формами азота и фосфора.

Литература. Библиографический список

1.  Агрохимические методы исследования почв. М.: Наука.. 19с.

2.  Биогеохимические основы экологического нормирования. М.: Наука, 1993.

3.  , и Корчагина исследования физических свойств почв и грунтов. - М.: ”Высшая школа,”. 19с.

4.  Габбасова и рекультивация почв Южного Приуралья. Автореф.ерат дис.…. да биолог. наук. М., 20с.

5.  Полевые и лабораторные методы исследования физических свойств и режимов почв: Методическое руководство / Под ред. . - М: Изд-во МГУ, 2001. – 200 с.

6.  Ситдиков нефтепромысловых поллютантов и рекультивации на агрофизические свойства почв Приуралья Республики Башкортостан. Автореф. ерат дис.…. канд. с-х. наук. Уфа, 20с.

7.  Солнцева нефти и геохимия природных ландшафтов. М.: Изд-во МГУ, 19с.

8.  Jong Е. The effect of subsurface hydrophobic layer on mater and salt movement // Canad. J. Soil Sc. 1983. V.63. №1. P.57-63.

9.  Roy J. L., Mc. Gill W. B. Soil water repellency as a long term consequence ofterrestrial oil-spills // Canad. J. Soil Sc. 1996. V.76. №2. P.244.

10.  Seitinger P., Baumgartner A, Schindlbauer H Die Ausbreitung von Mineralolkontaminationen im untergrund // Erdol-Erdgas-Kohle. 1994.V. I 10. №5. P. 211-215.



Подпишитесь на рассылку:


Загрязнения
или главная проблема природы и человека

Проекты по теме:

Основные порталы, построенные редакторами

Домашний очаг

ДомДачаСадоводствоДетиАктивность ребенкаИгрыКрасотаЖенщины(Беременность)СемьяХобби
Здоровье: • АнатомияБолезниВредные привычкиДиагностикаНародная медицинаПервая помощьПитаниеФармацевтика
История: СССРИстория РоссииРоссийская Империя
Окружающий мир: Животный мирДомашние животныеНасекомыеРастенияПриродаКатаклизмыКосмосКлиматСтихийные бедствия

Справочная информация

ДокументыЗаконыИзвещенияУтверждения документовДоговораЗапросы предложенийТехнические заданияПланы развитияДокументоведениеАналитикаМероприятияКонкурсыИтогиАдминистрации городовПриказыКонтрактыВыполнение работПротоколы рассмотрения заявокАукционыПроектыПротоколыБюджетные организации
МуниципалитетыРайоныОбразованияПрограммы
Отчеты: • по упоминаниямДокументная базаЦенные бумаги
Положения: • Финансовые документы
Постановления: • Рубрикатор по темамФинансыгорода Российской Федерациирегионыпо точным датам
Регламенты
Термины: • Научная терминологияФинансоваяЭкономическая
Время: • Даты2015 год2016 год
Документы в финансовой сферев инвестиционнойФинансовые документы - программы

Техника

АвиацияАвтоВычислительная техникаОборудование(Электрооборудование)РадиоТехнологии(Аудио-видео)(Компьютеры)

Общество

БезопасностьГражданские права и свободыИскусство(Музыка)Культура(Этика)Мировые именаПолитика(Геополитика)(Идеологические конфликты)ВластьЗаговоры и переворотыГражданская позицияМиграцияРелигии и верования(Конфессии)ХристианствоМифологияРазвлеченияМасс МедиаСпорт (Боевые искусства)ТранспортТуризм
Войны и конфликты: АрмияВоенная техникаЗвания и награды

Образование и наука

Наука: Контрольные работыНаучно-технический прогрессПедагогикаРабочие программыФакультетыМетодические рекомендацииШколаПрофессиональное образованиеМотивация учащихся
Предметы: БиологияГеографияГеологияИсторияЛитератураЛитературные жанрыЛитературные героиМатематикаМедицинаМузыкаПравоЖилищное правоЗемельное правоУголовное правоКодексыПсихология (Логика) • Русский языкСоциологияФизикаФилологияФилософияХимияЮриспруденция

Мир

Регионы: АзияАмерикаАфрикаЕвропаПрибалтикаЕвропейская политикаОкеанияГорода мира
Россия: • МоскваКавказ
Регионы РоссииПрограммы регионовЭкономика

Бизнес и финансы

Бизнес: • БанкиБогатство и благосостояниеКоррупция(Преступность)МаркетингМенеджментИнвестицииЦенные бумаги: • УправлениеОткрытые акционерные обществаПроектыДокументыЦенные бумаги - контрольЦенные бумаги - оценкиОблигацииДолгиВалютаНедвижимость(Аренда)ПрофессииРаботаТорговляУслугиФинансыСтрахованиеБюджетФинансовые услугиКредитыКомпанииГосударственные предприятияЭкономикаМакроэкономикаМикроэкономикаНалогиАудит
Промышленность: • МеталлургияНефтьСельское хозяйствоЭнергетика
СтроительствоАрхитектураИнтерьерПолы и перекрытияПроцесс строительстваСтроительные материалыТеплоизоляцияЭкстерьерОрганизация и управление производством

Каталог авторов (частные аккаунты)

Авто

АвтосервисАвтозапчастиТовары для автоАвтотехцентрыАвтоаксессуарыавтозапчасти для иномарокКузовной ремонтАвторемонт и техобслуживаниеРемонт ходовой части автомобиляАвтохимиямаслатехцентрыРемонт бензиновых двигателейремонт автоэлектрикиремонт АКППШиномонтаж

Бизнес

Автоматизация бизнес-процессовИнтернет-магазиныСтроительствоТелефонная связьОптовые компании

Досуг

ДосугРазвлеченияТворчествоОбщественное питаниеРестораныБарыКафеКофейниНочные клубыЛитература

Технологии

Автоматизация производственных процессовИнтернетИнтернет-провайдерыСвязьИнформационные технологииIT-компанииWEB-студииПродвижение web-сайтовПродажа программного обеспеченияКоммутационное оборудованиеIP-телефония

Инфраструктура

ГородВластьАдминистрации районовСудыКоммунальные услугиПодростковые клубыОбщественные организацииГородские информационные сайты

Наука

ПедагогикаОбразованиеШколыОбучениеУчителя

Товары

Торговые компанииТоргово-сервисные компанииМобильные телефоныАксессуары к мобильным телефонамНавигационное оборудование

Услуги

Бытовые услугиТелекоммуникационные компанииДоставка готовых блюдОрганизация и проведение праздниковРемонт мобильных устройствАтелье швейныеХимчистки одеждыСервисные центрыФотоуслугиПраздничные агентства

Блокирование содержания является нарушением Правил пользования сайтом. Администрация сайта оставляет за собой право отклонять в доступе к содержанию в случае выявления блокировок.