Размещено на http://www.allbest.ru/

РЕСПУБЛИКА КЫРГЫЗСТАН

НАЦИОНАЛЬНАЯ АКАДЕМИЯ НАУК КЫРГЫЗСКОЙ РЕСПУБЛИКИ

БИОЛОГО-ПОЧВЕННЫЙ ИНСТИТУТ

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ КЫРГЫЗСКОЙ РЕСПУБЛИКИ ОШСКИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Межведомственный диссертационный совет Д. 03.09.393

03.00.16 - экология

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата биологических наук

ОЦЕНКА ЭКОЛОГИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ АНТРОПОГЕННО НАРУШЕННЫХ ПОЧВ ПРИКАСПИЙСКОГО РЕГИОНА

Бегимбетова Гульшат Алтаевна

Бишкек 2010

Работа выполнена на кафедре экологии Казахского национального аграрного университета

Научный руководитель доктор биологических наук, профессор Канаев Ашимхан Токтасынович

Официальные оппоненты доктор биологических наук, профессор Худайбергенова Бермет Мерлисовна

кандидат биологических наук, доцент Калдыбаев Бакыт Кадырбекович

Ведущая организация Киргизский аграрный университет им.К.И.Скрябина

Защита диссертации состоится на заседании межведомственного диссертационного совета Д.03.09.393 по защите диссертаций на соискание ученой степени доктора (кандидата) биологических наук при Биолого-почвенном институте Национальной Академии наук Кыргызской Республики (соучредитель: Ошский технологический университет Министерства образования и науки Кыргызской Республики) по адресу: 720071, г. Бишкек, проспект Чуй, 265.

С диссертацией можно ознакомиться в Центральной научной библиотеке Национальной академии наук Кыргызской Республики по адресу: 720071, г. Бишкек, проспект Чуй, 265 а.

Ученый секретарь межведомственного диссертационного совета кандидат биологических наук, с.н.с. С.Л. Приходько

РЕЗЮМЕ

экологический почва прикаспийский

Бегимбетова Гульшат Алтаевнанын «Каспийге жанаша жайгашкан ?р??нд?рдун антропогендик жол менен бузулган топурактарынын экологиялык абалын баалоо» деген темадагы 03.00.16-экология адистиги боюнча биология илимдеринин кандидаты илимий даражасына издену ушкуу кандидаттык диссертациясына

Негизги с?зд?р: топурактар, нефть, оор металлдар, к?м?рсуутектер, ?с?мд?кт?р, горизонт, шордонуу, кычкылдуулук, гумус (биотопурак), экологиялык мониторинг.

Изилд?? объектиси: топурактар, ?с?мд?кт?р, агын суулар.

Диссертациялык иштин максаты: Каспийге жанаша жайгашкан ?р??нд?н табигый жана техногендик жол менен булганган топурактарынын учурдагы экологиялык жана геохимиялык абалынын негизги мыйзам ченемд??л?кт?р?н жана топурактардын ар т?рд?? типтеринин абалына нефти булгануусунан болгон ?зг?р??л?рд? изилд??.

Изилдоонун ыкмасы: экологиялык-топурак методу, талаа жана лабороториялык изилдоо ыкмалары, физика-химиялык, агрохимиялык, морфологиялык, гравиметриялык жана маалыматтарды статистикалык иштеп чыгуу ыкмалары.

Жыйынтыктар жана алардын жа?ылыгы. Алгач ?р??нд?к де?гээлде ?тк?р?лг?н комплекстик изилд??л?рд?н натыйжасында Каспийге жанаша жайгашкан ?р??нд?н топурактарындагы оор металлдардын б?л?н?ш? бирдей эмес экендиги айкындалган, талаа аймактарынын ландшафттык тузулушун?н болгон к?з карандуулук негизделип, тузулушу жана ландшафтка кир??ч? абиотикалык (жер кыртышын тузуучу тектер жана геоморфологиялык курамы) жана биотикалык (?с?мд?кт?р) курамы менен аныкталат. Атырау жана Мангыстау ?р??нд?р?нд?г? нефти-газ табуу ?н?р жайынын ?с?п жаткан техногендик таасиринин негизинде жаратылыш ландшафтарынын трансформациясы боло тургандыгы аныкталды: ?с?мд?к катмары бузулууга дуушар болуп, топурактын курамы ?зг?рг?нд?кт?н, табигый ландшафтар техногендик жана табигый-техногендик болуп ?зг?р?л?т. Алгач ирээтте, мунайдын терс таасирине туруктуу топурактар деп: к?р?? (супесь), суу жээктик (же?ил суглинок), аллювиалдык т?рл?р? табылды. Мындан тышкары, ачык-к?р?? (оор,орто суглинок) жана шор топурактар алардын гранулометрдик курамына байланыштуу ?з?н-?з? тазалоо ж?нд?мд??л?г? т?м?н деп табылды.Нефтини кайра иштет??ч? ишканалардын таштандыларынын курамындагы оор металлдар менен топурак катмарынын булгануу процессинин ортосундагы байланыш аныкталды.

Тажрыйбалык ке?ештер. Илимий изилд?? иштеринин жыйынтыктары Батыш Казахстан аймактарына ылайыктуу жаратылышты коргоо жаатындагы иш аракеттердин негизи болуп эсептелет. Диссертациянын негизги жоболору Каспийге жанаша жайгашкан ?р??нд?рд?н экологиялык мониторинг иштеринде иш жузуно ашат. Диссертациянын материалдары С.Д. Асфендияров атындагы КазММУнин студенттерине дарс жана методикалык материалдарды даярдоодо колдонулат.Мындан ары Жогорку окуу жайлардын экология жана табигый географиялык б?л?мд?р?н?н “Ландшафтардын геохимиясы” жана “Ландшафт таануу”дарстык курстарын даярдоодо колдонулушу м?мк?н.

Колдонуу жааты: экология, жаратылышты пайдалануу, айыл чарбасы, медицина.

РЕЗЮМЕ

кандидатской диссертации Бегимбетовой Гульшат Алтаевны на тему: «Оценка экологического состояния антропогенно нарушенных почв Прикаспийского региона», представленной на соискание ученой степени кандидата биологических наук по специальности 03.00.16 - экология

Ключевые слова: почвы, нефть, тяжелые металлы, углеводороды, растения, горизонт, засоление, кислотность, гумус, экологический мониторинг.

Объект исследования: почвы, растительность, сточные воды в районах нефтедобычи Прикаспийского региона.

Цель диссертационной работы: изучение влияния нефтяного загрязнения на состояние разных типов почв и в изучении основных закономерностей современного эколого-геохимического состояния естественных и техногенно загрязненных почв Прикаспийского региона.

Методы исследования: эколого-почвенные методы полевых и лабораторных исследований, физико-химические, агрохимические, морфологические, гравиметрический метод, статистическая обработка данных.

Результаты и их новизна. В работе были получены следующие результаты:

Впервые в комплексном исследовании на региональном уровне выявлена неоднородность распределения тяжелых металлов в почвах Прикаспийского региона, установлена зависимость от ландшафтного строения степной зоны и определяется строением, свойствами абиотической (почвообразующими породами и геоморфологическим строением) и биотической (растительность) составляющими ландшафта. Установлено, что в результате нарастающего техногенного воздействия нефтегазодобывающей промышленности Атырауской и Мангыстауской областей происходит трансформация природных ландшафтов: деградирует растительный покров, изменяется структура почвы, в связи с этим естественные ландшафты заменяются на техногенные и природно-техногенные. Впервые показано, что более устойчивыми к негативному действию нефти являются почвы: бурая (супесь), пойменная (суглинок легкий), аллювиальная (суглинок легкий). При этом, светло-каштановая (суглинок тяжелый), светло-каштановая (суглинок средний) и солонцовая почвы обладают наименьшей способностью к самоочищению, что связано с их гранулометрическим составом. Установлена связь между содержанием тяжелых металлов в составе выбросов предприятий нефтеперерабатывающей промышленности с процессами загрязнения почвенного покрова.

Практические рекомендации. Результаты научно-исследовательской работы являются обоснованием природоохранных мероприятий применительно к Западно-Казахстанской территорий. Основные положения диссертации реализуются в работах по экологическому мониторингу Прикаспийского региона. Материалы диссертации использованы в подготовке лекций и методических материалов для студентов КазНМУ им. С.Д. Асфендиярова. В дальнейшем могут быть использованы при разработке учебных пособий и лекционных курсов «Ландшафтоведение» и «Геохимия ландшафтов» для естественно-географических и экологических специальностей высших учебных заведений.

Область применения: экология, природопользование, сельское хозяйство, медицина.

SUMMARY

of candidate's dissertation on the theme: “Evaluation of ecological state of anthropogenically violated soils of pricaspian region”, represented by Begimbetova Gulshat Altayevna for defend of biological sciences candidate's degree by speciality 03.00.16 - ecology.

The object of the investigation: soils, vegetation, sewage in oil production area of Pricaspian region.

The purpose of the thesis: studying influence of oil pollution on state of different types of soils and basic conformities to natural laws of modern ecologo- geochemical condition of natural and technogenically polluted soils of Pricaspian region.

The methods of the investigation: ecological- soil methods of field and laboratory studies, physicochemical, agrochemical, morphological, gravimetric method, statistic data working-out.

The results and their novelty. There were obtained the following results:

For the first time by complex studying in regional level there was revealed heterogeneity of hard metals' distribution in soils of Pricaspian region, there was also determined the dependence from landscape structure of steppe zone and it's defined by structure, properties of abiotic (soil-forming rocks and geomorphological structure) and biotic (vegetation) formings of landscape. It was determined that due to increasing technogenic influence of Atyrau and Mangystau oblasts' oil- extracting industry there occurred transformation of natural landscapes: degradation of vegetable top, changing soil structure, resulting in changing natural landscapes to technogenic and natural- technogenic ones.

For the first time there was shown, that such soils as: brown (sandy loam), flood (light loam), alluvial (light loam) more stable to negative oil effect.

At this, light- chestnut (hard loam), light-chestnut (middle loam) and saline soil have the less capacity to self-cleaning that is due to their granulometric structure.

There was established a tie between the content of hard metals in structure of throws of oil-extracting industry enterprises with processes of top-soil pollutions.

Practical significance. The results of scientific- research work are to be grounds for nature protecting measures of West-Kazakhstan territories. Basic regulations of dissertation are realized in works on ecological monitoring of Pricaspian region. Dissertation materials are used in training lectures and methodical materials for students of Kaz NMU after S.D. Asfendiyarov. In future they may be used in working-out textbooks and teaching courses “Landscape science and” “Geochemistry of landscapes” for natural -geographical and ecological specialities of high schools.

The field of application: ecology, natural history, agriculture, medicine.

Key words: soils, oil, hard metals, hydrocarbons, plants, horizon, salinization, acidity, humus, ecological monitoring.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. В настоящее время происходит интенсивный этап формирования нового антропогенного комплекса в Атырауской и Мангыстауской областях, связанный с техногенным влиянием нефтегазовой промышленности на окружающую среду. Одним из опаснейших негативных результатов взаимодействия человека с природой является загрязнение почв нефтью. Нарушенные земли утрачивают свою хозяйственную ценность, что приводит к дополнительным источникам экологической нагрузки. Техногенные воздействия преобразуют почвенный профиль, неся за собой трансформацию морфологических и химических свойств почв (Зубкова Т.А., Карпачевский Л.О., 2001; Гельцер Ю.Г., 1990). Степень этих изменений зависит от продолжительности загрязнения, состава и концентрации компонентов нефти, ландшафтно-геохимических особенностей территории. В качестве дополнительных источников загрязнения выделяются: разведка и добыча нефти на Каспийском море, прорыв трубопроводов, затопленные нефтяные скважины, потеря контроля над скважинами, перевалочные пункты.

Конечным результатом нефтяного загрязнения является формирование природных комплексов необычных для зональных условий. Зональные типы почв сменяются техногенными модификациями, снижается их продуктивность вплоть до необходимости вывода загрязненных земель из сельскохозяйственного оборота. Воздействие даже на один или два компонента биогеоценоза приводит к изменениям его структуры и функционирования. Так исчезают популяции некоторых видов растительных и животных сообществ, обитавших в данном биогеоценозе (Ярмак Л.П., 2008; Фатина П.Н., Лапаева И.В., Давыдова Е.А., 2008; Акназарова А.А., 2007).

В связи с вышеизложенным, исследование влияния нефтяного загрязнения на состояние почв Прикаспийского региона, является актуальной.

Цель исследования - оценка влияния нефтяного загрязнения на состояние разных типов почв и изучение основных закономерностей современного эколого-геохимического состояния естественных и техногенно загрязненных почв Прикаспийского региона для дальнейшего проведения мероприятий по восстановлению селькохозяйственных земель.

Задачи исследования:

1. Дать оценку экологической ситуации изучаемого региона;

2. Изучить структуру, состав почв и растительные компоненты экосистем в связи с почвенно-экологическими условиями;

3. Выявить динамику содержания нефтяных углеводородов в почвах в результате нефтяного загрязнения;

4. Оценить эколого-генетические структуры антропогенно нарушенных почв и оценить экологические функции и устойчивость почв к антропогенным нагрузкам и причины засоления почв.

Научная новизна. В первые на региональном уровне установлено воздействие углеводородного загрязнения на физико-химические свойства почв. Дана характеристика эколого-геохимического состояния почв степной зоны Прикаспийского региона. Впервые определены ареалы пространственного распределения и интенсивность процесса накопления химических и радиоактивных элементов в техногенных ландшафтах Прикаспийского региона. Проведена оценка эколого-генетической структуры почв, определены параметры устойчивости и причины засоления почв.

Теоретическая и практическая значимость исследований.

Разработка методических подходов по оценке степени риска различных загрязнителей нефтегазовых месторождений на эколого-генетическую структуру почв, растительного компонента экосистем в связи с создавшимися почвенно-экологическими условиями и динамики углеводородов нефти в почвах являются существенным вкладом в теорию экологической науки.

Результаты научно-исследовательской работы являются обоснованием природоохранных мероприятий применительно к Западно-Казахстанской области. Основные положения диссертации реализуются в работах по экологическому мониторингу Прикаспийского региона.

Материалы диссертации использованы в подготовке лекций и методических материалов для студентов КазНМУ им. С.Д. Асфендиярова. В дальнейшем могут быть использованы при разработке учебных пособий и лекционных курсов «Ландшафтоведение» и «Геохимия ландшафтов» для естественно-географических и экологических специальностей высших учебных заведений.

Основные положения, выносимые на защиту:

* Выявленная неоднородность пространственного распределения углеводородов в почвах зависит от ландшафтного строения степной зоны Прикаспийского региона и определяется строением и свойствами абиотической (почвообразующими породами и геоморфологическим строением) и биотической (растительностью) составляющими ландшафта.

* Данные содержания углеводородов в почвах-эталонах являются основой фоновых показателей эколого-геохимического состояния почвенного покрова степной зоны Прикаспийского региона.

* Установлена связь содержания углеводородов в составе выбросов предприятий нефтеперерабатывающей промышленности с процессами загрязнения почвенного покрова (слабая и средняя степень - валовые формы, средняя и сильная степень - подвижные формы), вызывающая образование аномалии техногенного характера и отрицательно влияющая на биоресурсный потенциал территории.

Личный вклад соискателя. Все материалы диссертационной работы состоит в теоретическом и экспериментальном решении поставленных задач, в анализе и обобщении полученных результатов. Все разделы представленной работы проведены и выполнены автором. В основу диссертационного исследования положены собственные материалы, собранные соискателем при изучении территории Прикаспийского региона.

Апробации результатов диссертации. Основные положения диссертационной работы докладывались на научно-практических конференциях и симпозиумах: Мониторинг экологического состояния антропогенно нарушенных почв Прикаспийского региона // Междунар. экол. симп. (г. Бишкек, май, 2009); Оценка нефтехимического загрязнения почв Прикаспийского региона // Биотехнология, нанотехнология и физико-химическая биология, (г. Алматы, КазНУ им.аль-Фараби, 23 января 2008 г.); Оценка экологического состояния антропогенно нарушенных почв Прикаспийского региона // II Межд. научн.-практ.конф.: Актуальные проблемы экологии и природопользования в Казахстане и сопредельных территориях (Павлодар, Казахстан), 12-13 октября 2007 г.; Мониторинг экологического состояния антропогенно нарушенных почв Прикаспийского региона // II Межд. научн.-практ. конф.: Актуальные проблемы экологии и природопользования в Казахстане и сопредельных территориях (Павлодар, Казахстан, 12-13 октября 2007 г).; Радиоактивное загрязнение почв Прикаспийского региона // Межд.научн.-практ.конф.: Научно-теретические и практические аспекты охраны окружающей среды: проблемы, стратегия и перспективы использования природных ресурсов, (21-22 октября 2005 г. ТарГУ им.М.Х.Дулати. г.Тараз).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 10 работ, включая 3 статьи в изданиях перечня ВАК РК.

Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 112 страницах компьютерного текста. Состоит из введения, 6 глав и заключения.

В основную часть диссертации включено: 27 рисунков, 19 таблиц. Проанализированы 195 источника литературы.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении изложена актуальность темы, сформулированы цели и задачи исследований, отражена научная новизна и практическая значимость работы, приведены основные положения диссертационной работы, выносимые на защиту.

В главе 1. Обзор литературы. Представлен аналитический обзор литературы, посвященный экологической характеристике почвы как индикатора загрязнения окружающей среды, также экологическая оценка качества почвы и растительности и состояние здоровья населения в нефтегазовых регионах, рассмотрены факторы почвообразования, деградации и загрязнения почв.

В главе 2. Объекты и методы исследования. В основу настоящей работы положены материалы, полученные автором в результате полевых и лабораторных исследований, проведенных в Атырауской и Мангыстауской областях. Объектами исследования являются основные компоненты экосистем: растения и почвы.

Пробы почвы отбирались методом "конверта", то есть по углам и в центре квадрата на учетной площадке отбирается грунт с заданной глубиной (по 5 см) и площадью (100 см). Отобранный в пяти точках грунт и объединенный в единое целое - есть отобранная проба (сырая проба). Эта проба взвешивалась и подвергалась многократному квартованию, просеиванию до получения рабочей массы весом примерно 2 кг. Полученная масса грунта помещалась в полиэтиленовый пакет, снабжалась паспортом (пояснительной запиской) и упаковывалась так, чтобы исключить механическое повреждение. В паспорте указывалось место и дата отбора, географические координаты, вес, кодовый номер пробы. Одновременно заполнялся полевой журнал отбора проб.

Для определения физических, физико-химических и агрохимических свойств почвы в лабораторных и полевых условиях были выполнены следующие работы: морфологический профиль почвы изучали методом описания; гранулометрический состав почв - пипеточным методом с предварительной обработкой пирофосфатом натрия (модификация Грабарова); микроагрегатный состав и объемная масса почвы - по Качинскому; удельная масса почвы - пикнометрическим методом; общая порозность почвы - расчетным методом по удельной и объемной массам; влажность почвы - весовым методом; количество гумуса - по Тюрину; общий азот - по Къельдалю; валовый фосфор - по Гинзбургу и Щегловой; валовой калий - по Смиту; гидролизуемый азот - по Тюрину-Кононовой; подвижный фосфор и калий - по Мачигину в модификации Грабарова; определение СО2 почвенных карбонатов проводили на кальциметре; определение величины рН водной вытяжки проводили на рН метре рН/ISE meter Orion; K+ и Na+ в водной вытяжке пламенно-фотометрическим методом (пламенный фотометр «Флафо-4»); Ca2+ и Mg2+ - определяли из водной вытяжки на атомно-адсорбционном спектрофотометре (AAS 1N). Отбор проб почвы для определения нефтепродуктов проводили в 3-х кратной повторности методом конверта с площадки в 500 м2, отбирали 1,5-2,0 кг почвы, которую упаковывали в полиэтиленовый мешок и маркировали.

Гравиметрическим методом определяли количество нефти в почве и культуральной жидкости. Нефть из почвы экстрагировали хлороформом, а затем из хлороформной вытяжки - гексаном. Статистика обработки полученных данных проводилось по Ермахину Ю.И. (2005) с использованием пакета программ Microsoft@excell

В главе 3. Результаты исследований. В разделах 3.1.1.-3.3.1. представлены результаты проведенных исследований: представлена характеристика ландшафтных особенностей формирования почвенного покрова степной зоны Прикаспийского региона их географическое положение и физико-географическое районирование района исследований, показаны особенности почвообразующих пород Прикаспийского региона, охарактеризованы грунтовые и подземные воды, оценены загрязнения окружающей среды и видового разнообразия растительных и почвенных экосистем Прикаспийского региона и в целом оценка почвенных экосистем Атырауской и Мангыстауской областей.

3.3.2. Оценка почвенных экосистем Атырауской и Мангыстауской областей. Рассматриваемый регион находится в зоне бурых и серо-бурых пустынных почв Прикаспийской провинции. Исходные данные наиболее распространенных целинных почв, не поврежденных антропогенной перегрузкой, нефтехимическому загрязнению и техногенному разрушению, характеризуют описываемые ниже почвенные разрезы и химико-аналитические данные к ним. Массивы этих почв на территории нефтегазовых месторождений в наибольшей степени подвержены деградации и опустыниванию.

Серо-бурая пустынная солонцеватая. Исследования проводились в Мангистауской области, Каракиянского района, в 25 км восточнее пос.Тенге под биюоргуновой растительностью. Вскипание от НС1 бурное с поверхности, белоглазка карбонатов в горизонте 11-30 см, гипс мелкими кристаллами с 50 см.

0-7 см -	Светло-серый, сухой рыхловатый, слоеватый тяжело-суглинистый. На поверхности выделяется серая хрупкая корочка мощностью 0,5-1,5 см.
7-17 см-	Серовато-бурый, сухой, уплотненный, непрочно-комковатый, тяжелосуглинистый.
17-39 см	Буровато-серый, сухой, слабо уплотненный, непрочно-глыбистый, легкосуглинистый.
39-61 см	Желтовато-бурый, сухой, уплотненный, непрочно-глыбистый, легкосуглинистый.
61-81 см	Светло-бурый, сухой, плотный, глыбистый, легкосуглинистый. По горизонту рассеянные пятна выделений карбонатов.

Солончак приморский. Атырауская область, Курмангазинский район, в 200 м юго-западнее промысла Камышитовый у уреза воды под редким покровом солероса. Вскипание от НС1 и растворимые соли с поверхности.

Таблица

2-9 см	Светло-бурая, сухая, рыхловатая, пылевато-чешуйчатая, легкосуглинистая.
9-23 см	Буровато-светло-серая, сухая, уплотненная, глыбковатая, пористая, суглинистая.
23-36 см	Желтовато-бурая, пронизана мелкими белыми пятнами карбонатов, сухая, плотная, суглинистая.

Бурая пустынная почва. Атырауская область, Жылыойский район, в 15 км северо-восточнее г. Кульсары, на слабо волнистой равнине под бело-полынной растительностью с участием биюргуна и итсигека. Вскипание от НС1 с поверхности, выделения карбонатов пятнами с 61 см, растворимых солей не обнаружено.

0-5 см	Палево-серая, сухая, пористая корка, легкосуглинистая.
11-30 см	Темно-бурый, сухой, плотный, призмавидно-глыбистый слабо корешковатый, тяжелосуглинистый. По горизонту большое количество белоглазки карбонатов.
30-50 см	Желтовато-бурый, сухой, менее плотный, суглинистый, редко мелкие прожилки солей.
50-65 см	Подобен предыдущему горизонту, но с большим количеством мелких кристаллов гипса.
65-90 см	Желтовато-бурый, сухой слабо уплотненный, песчаный, много мелких прожилок и кристаллов.
90-120 см	Беловато-палевый гипсовый песок, переходящий в плиту монолитного известняка.

Серо-бурая пустынная. Мангистауская область, Каракиянский район, в 5 км западнее пос. Жетыбай, на слабо волнистой равнине под бело-полынной растительностью с участием мортука, адраспана, житняка. Вскипание от НС1 с поверхности, карбонаты пятнами с 23 см.

Таблица.

0-12 см	Спалево-серый, сухой, комковатый, суглинистый с битой ракушей.
12-25 см	Коричневато-серый, сухой, уплотненный, ореховато-чешуйчатый, глинистый. По горизонту белесые скопления солей.
25-50 см	Коричневато-серый с многочисленными белыми мучнистыми скоплениями солей, плотный, ореховатой.
50-70 см	Шоколадного цвета, сланцевитая, плотная хвалынская глина с мелкими гнездами солей, ржавыми, глеевыми и марганцовистыми пятнами.

Луговая приморская солончаковая. Атырауская область, Курмангазинский район. Разрез заложен на низкой приморской террасе в 500 м от нефтепромысла Мартыши и 500-700 м от уреза воды. Травянистый покров из лебеды и солянки супротивнолистной с участием мортука, ажрека и кермека Гмелина. На поверхности битая ракуша. Вскипание от НС1 с поверхности. Растворимые соли мучнистой присыпки с 12 см, глеевые пятна с 40 см. Сильно соленая грунтовая вода на глубине 180 см.

Таблица.

0-0,1 см	Грязно-белая солевая корка с суглинистым мелкоземом.
0,1-4 см	Темно-серый, влажный, глинистый с битой ракушей.
4-10 см	Серовато-глеевая мокрая глина с битой ракушей.
10-30 см	Ржаво-бурая морская глина с гнездами мелких кристаллов солей.

Преобладающие исходные почвы территории региона характеризуются непромывным испарительным типом водного режима со слабой миграцией продуктов почвообразования по почвенному профилю. Это обстоятельство в сочетании с особенностями гидротермического режима почвообразования, пылевато-карбонатным остаточно засоленными почвообразующими породами, определяют морфолого-генетические признаки и свойства почв, которые неустойчивы к техногенным перегрузкам. Статистические данные характеризуют морфологические признаки и химические свойства исходных антропогенно ненарушенных почв территории региона.

Применительно к условиям Западного Казахстана проведена оценка современного гумусного состояния Прикаспийского региона. В обследованных почвах нами были выяснены следующие глубины генетического почвенного горизонта (рис.1): глубина гумусового слоя почвы бурого типа горизонт А составляет до 32 см, а у серо-бурой почвы глубина гумусового слоя доходит до 35 см. Гумусовый, наиболее темноокрашенный в почвенном профиле, в котором происходит накопление органического вещества в форме гумуса, тесно связанного с минеральной частью почвы. Цвет этого горизонта варьирует от черного, бурого, коричневого до светло-серого, что обусловлено составом и количеством гумуса; горизонт Е- подзолистый или осолоделый, иллювиальный, формирующийся под влиянием кислотного или щелочного разрушения минеральной части. Это сильно осветленный, бесструктурный или слоеватый рыхлый горизонт, обедненный гумусом и другими соединениями, а также илистыми частицами за счет вымывания их в нижележащие слои и относительно обогащенный остаточным кремнеземом;

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 1. Показатели мощности исходного гумусового горизонта (А+В) и глубина залегания карбонатов бурой и серо-бурой почвы

Горизонт В, располагающийся под элювиальным горизонтом Е, имеет иллювиальный характер. Это бурый, охристо-бурый, красновато-бурый, уплотненный и утяжеленный, хорошо оструктуренный горизонт, характеризующийся накоплением глины, окислов железа, алюминия и других коллоидных веществ за счет вымывания их из вышележащих горизонтов. В почвах, где не наблюдается существенных перемещений веществ в почвенной толще, горизонт В является переходным слоем к почвообразующей породе, характеризуется постепенным ослаблением процессов аккумуляции гумуса, разложения первичных минералов и может подразделяться на В1 - горизонт с преобладанием гумусовой окраски, В2 - горизонт более слабой, неравномерной гумусовой окраски, В3 - горизонт окончания гумусовых затеков. Горизонт Вк - горизонт максимальной аккумуляции карбонатов, обычно располагается в средней и нижней части профиля и характеризуется видимыми вторичными выделениями карбонатов в виде налетов, прожилок, псевдомицелия, белоглазки, редких конкреций. Горизонт С - материнская (почвообразующая) горная порода, из которой сформировалась данная почва, не затронутая специфическими процессами почвообразования (аккумуляцией гумуса, элювиированием и т.д.). Кроме этого нами были, установлены количественные параметры глубины залегания карбонатов в бурой и серо-бурой почве. Глубина залегания карбонатов в бурой почве находится в 30 см, а в серо-бурой почве - 25 см.

Таким образом, при изреженном растительном покрове легкий механический состав почв, слабая их структурность и низкая влажность, на фоне малой гумусности, низкой поглотительной способности и высокой карбонатности являются главными факторами слабой устойчивости почв к антропогенным нагрузкам, создающих высокую внутреннюю опасность процессов опустынивания.

Гумус бурой и серо-бурой почв. Было изучено количество гумуса в бурых и серо-бурых почвах горизонтах А,В1 и В2. Средневзвешенное содержание гумуса в бурой почве горизонта А составляет 1,3%, в серо-бурой почве 0,9%. Содержание гумуса в бурой почве горизонта В1 приравнивается к 1,0%, а в серо-бурой почве уменьшается на 0,7%, тогда как в бурой почве горизонта В2 доходит до 0,9%, а в серо-бурой почве снижается до 0,6%. В целом в бурой почве количество гумуса по всем отмеченным горизонтам преобладает, по сравнению с серо-бурыми почвами. Исходные морфогенетические данные почв характеризуются относительно невысокой гумусностью фульвокислотного состава, бурых и гипсоносностью серо-бурых почв. Мощность гумусового горизонта в бурой почве составляет до глубины 32 см, а в серо-бурой - 30 см. Вместе с тем, глубина залегания карбонатов в бурой почве доходит до 35 см, тогда как в серо-бурой достигает до 25 см.

Таким образом, результаты наблюдений по накоплению и распределению гумуса по горизонтам почвогрунта показывают, что основная масса расположена в горизонте А почвы.

Валовой азот бурой и серо-бурой почв. Для характеристики физико-химических свойств рассматриваемых почв несомненный интерес представляло также валовое содержание азота. Количество валового азота в верхних горизонтах почв измерялось сотыми долями процента. Валовое содержание азота в верхнем горизонте оказалось равным 0,1 %. Эта величина примерно в три раза меньше того количество азота, которое обычно приходится наблюдать у других разновидностей почв полупустынной зоны. Рассматриваемые почвы содержат сравнительно небольшое количество валового азота - от 0,01 % до 0,1 %. Обращает на себя внимание содержание небольшого количества азота в бурой почве горизонта В2 - 0,01 %, которое в серо-бурой почве прогрессивно возрастает до 0,04 %. Величина азота в бурой почве горизонта В1 составляет 0,08 %, а в серо-бурой почве - 0,05 %. При рассмотрении легко можно видеть, что существенное место занимает бурая почва горизонта А, содержание азота достигает до 0,1%, тогда как в серо-бурой почве количество азота всего 0,07 %.

Приведенные данные о численных значениях азота в бурой и серо-бурой почвах горизонта А+В фракций являются весьма типичными для рассматриваемых почв Прикаспийского региона.

кислотность (рН) почвы Прикаспийского региона. Почвы Прикаспийского региона сильно не различаются между собой по своему химическому составу, который подразумевает наличие и уровень содержания химических элементов и их соединений в том или ином виде почвы.

Показатели кислотности бурой почвы горизонта А являются слабощелочными (рН 8,0), серо-бурой почвы - среднещелочные (рН 8,2). Значение рН бурой почвы горизонта В среднещелочное (рН 8,2), тогда как в серо-бурой почве оно остается сильнощелочным (рН 8,7). Кислотность почвы горизонта С относится к категории сильнощелочных, бурой - рН 8,5 и серо-бурой - 8,8 соответственно.

Таким образом, проникая в почву, атмосферная вода, содержащая в своем составе в незначительных количествах углекислый газ, аммиак, азотистую и азотную кислоты и т.п., превращается в почвенный раствор. Почвенный раствор принимает непосредственное участие в биохимических и физико-химических реакциях почвы, в обмене и круговороте различных веществ.

По своему химическому составу почвенные растворы весьма различны: в них могут быть обнаружены различные неорганические соединения: нитраты, нитриты, сульфаты, сульфиды, карбонаты, бикарбонаты, хлориды, фосфаты, а также закисные соединения алюминия, марганца, железа и т.п. Кроме неорганических соединений, в почвенном растворе встречаются: креновая кислота и ее соли, сахара, растворимые белковые соединения, аминокислоты и т.п. Концентрация растворов солей зависит от климатических условий и от времени года. Излишки извести вызывают щелочную реакцию. В почве могут находиться в свободном состоянии как органические, так и неорганические кислоты. От их присутствия и зависит наличие активной кислотности. Увеличение степени кислотности почвы зависит также от содержания СО2 в почвенном воздухе, наоборот, сокращение кислотности способствует наличие в почве карбонатов и бикарбонатов.

Определялось содержание СО2 и карбонатов в бурой и серо-бурой почвах горизонта А+В. Результаты численного эксперимента показывают, что во всех отобранных пробах в серо-бурой почве количество СО2 преобладает в несколько раз, чем в бурых почвах. Количество СО2 в пробе почвы горизонта А составляет 10 %, горизонта В1 и В2 - 9,3 % и 9,4 % - соответственно. Тогда как в бурой почве количество СО2 в почве горизонта А составляет всего 1,0 %, а в почве горизонта В1 и В2 - 4,4 % и 5,0 % - соответственно.

Таким образом, углекислый газ, растворенный в почвенной воде, является мощным растворителем соединений кальция, переводя, в частности, нерастворимый карбонат кальция CaCo3 в растворимый бикарбонат кальция Ca(HCO)2. При возрастании активности почвенных микроорганизмов в почву выделяется много углекислого газа, что ведет к потерям кальция из-за вымывания его из почвы в виде бикарбоната.

Количество НСОЗ в бурой и серо-бурой почвах горизонта А, В и С содержится незначительно. В бурой почве горизонта А отмечено 0,03%, в серо-бурой почве составляет в таком же количестве - 0,035 %. Анализ содержания НСОЗ в бурой и серо-бурой почвах горизонта С показывает аналогичные результаты, т.е. - 0,03 %. Наибольший показатель наблюдается в серо-бурой почве горизонта В, где содержание НСОЗ отмечено 0,045 %, а в бурой почве горизонта В доходит до 0,04 %.

Таким образом, по результатам проведенного анализа наблюдается, что в серо-бурой и бурой почвах горизонта В содержание НСОЗ больше (0,045% и 0,04% соответственно), чем в горизонтах А и С (0,035% и 0,03%).

Пустынные почвы карбонатные, особенно сильно серо-бурые, в различной степени засолены токсичными легкорастворимыми солями сульфатно-хлоридного и хлоридного состава, в серо-бурых почвах аккумулировано большое количество гипса остаточно морского происхождения. Обращает внимание повышенная щелочность и низкая емкость поглощения (10-15 мг/экв. 100 г почвы), бесструктурность и высокое содержание пылеватых частиц. В регионе широко распространены почвы легкого механического состава (песчаные, супесчаные, легкосуглинистые), податливые ветровой эрозии. Известно, что эрозионно-опасными являются фракции размером от 1,0 до 0,1 мм, которые преобладают в почвах легкого механического состава. Содержание водопрочных агрегатов в них не превышает 10-30%. Содержание валовых и подвижных форм микроэлементов в исходных почвах не превышает порог их токсичности для биоценоза.

Таким образом, приведенные данные свидетельствуют о низкой естественной буферности почв по отношению к антропогенным нагрузкам. Сложившиеся природные условия почвообразования и морфолого-генетические свойства почв создают естественные предпосылки неустойчивости биоэкологических условий и почвенного покрова к техногенным и иным формам антропогенных перегрузок.

3.4. Экологические функции и устойчивость почв к антропогенным нагрузкам. Классификация и критерии антропогенно нарушенных почв. Различаются следующие основные группы антропогенно нарушенных почв. Основным принципом классификации антропогенно нарушенных почв рассматриваемой территории принят морфолого-генетический, основанный на количественно-качественной оценке изменений генетического профиля по отношению к исходной почве. При этом с учетом предложенных ранее классификаций выделятся класс (отдел) антропогенно нарушенных почв (антропозем), который объединяет зональный тип и подтипы, среди них выделяются роды и виды в зависимости от степени трансформации почвенного профиля.

Техногенные нарушения характеризуются разрушением морфологического профиля движущимися механизмами - распылением, ветропылевым выносом мелкоземистого материала и, как следствие, уменьшением мощности гумусового горизонта. При слабой степени техногенных нарушений профиль почвы деформируется на глубину менее 5 см, средней (умеренной) - 5-10 см, сильной - 10-15 см и очень сильной - более 15 см.

Степень изменения свойств почв находится в прямой связи с их удельным сопротивлением, глубиной разрушения профиля, перемещением и перемешиванием почвенных горизонтов.

Нефтехимическое загрязнение сопровождается насыщением профиля почвы сырой нефтью и образованием битумных кор. При слабой степени загрязнения профиль почвы насыщается нефтью на глубину менее 5 см, битумные коры не образуются; умеренной - соответственно 5-10 см; сильной - 10-20 см (часто образуются битумные коры); очень сильной более 20 см, образуются битумные коры различной мощности. Нефтезагрязненный профиль почвы приобретает коричнево-бурую и смолисто-черную окраску, битумная кора - вязкая, плотная. В загрязненных почвах увеличиваются содержание гумуса и сумма поглощенных оснований, возрастает степень засоления, снижается рН среды, содержание нитратного азота, интенсивность инвертазной и дегидрогеназной активности, возрастает количество токсичных металлов (Pb, Co и др.). Нефтехимическое загрязнение часто сопровождается техногенным разрушением и засолением почвенного профиля (табл.1).

Таблица 1. Критерии оценки антропогенной нарушенности почв

Форма и степень почвенных нарушений	Показатели нарушенности почв	Критерии оценки	Признаки нарушенных почв
Техногенные нарушения:	Глубина разрушения		Разрушение, распыление профиля, ветро-пылевой вынос мелкозема, уменьшение мощности гумусового горизонта, уплотнение и образование такыровидной поверхности
Слабое	морфологического профиля, см	Менее 5
Умеренное		5-10
Сильное		10-15
Очень сильное		Более 15
Нефтехимическое	Глубина загрянения - профиля, см		Насыщение профиля сырой нефтью, образование битумных кор, нарушение химических, физико- химических свойств, окислительно-восстановитель-ного процесса и ферментативной активности, накопление токсичных химических веществ
загрязнение:
Слабое		Менее 5
Умеренное		5-10
Сильное		10-20
Очень сильное		Более 20
Засоление почв: растворимых солей	Содержание в		Содержание раствора в профиле в виде корки мучнистой присыпки. кристаллов: угнетение естественной растительности (кермек. балыккуз. сарсазан. поташник и др.)
Слабое	профиле	Менее 0.5
Умеренное легкорастворимые		0.5-0.7
Сильное	солей, %	0.7-1.0
Очень сильное		Более 1.0
Радиоактивное загрязнение	Повышенный радиоактивный фон	Более 0,5 бэра/год	Присутствие радионуклидов в почвенно поглащающем комплексе выше значений пдк
Пастбищная деградация:	Глубина разрушения морфологического профиля, см.		Разрушение, опесчанивание и уплотнение профиля, образование пастбищных троп, дефляционного микро-и мезорельефа (косы выдувания. ветровая рябь, гривы, бугры, барханы), снижение продуктивности угодий
Слабая		Менее 5
Умеренная		5-10
Сильная		10-15
Очень сильная		Более 15
Затопление почв водами Каспийского моря	Трансформация морфологического профиля	-	Подпор и подъем уровня грунтовых, вод, заболачивание, засоление и затопление почв

Засоление (вторичное на орошаемых массивах, минерализованными сточными нефтепромысловыми водами на месторождениях) характеризуется содержанием в профиле токсичных растворимых солей. Слабозасоленные почвы содержат в профиле 0,2-0,4%, солей (по плотному остатку водной вытяжки или сумме солей) на глубине 80-100 см, умеренно засоленные - соответственно 0,4-0,6 и 30-80, сильно засоленные - 0,6-0,8 и до 30 и очень сильно засоленные - более 1 % с поверхности почвы.

В местах аккумуляции сточных нефтепромысловых вод формируются своеобразные техногенные луговые солончаки и солончаковые почвы с морфологическим профилем, свойственным почвам гидроморфного ряда. Почвы отличаются высоким засолением всего профиля, низким содержанием гумуса и элементов минерального питания растений, содержат токсичные химические элементы.

Пастбищная дегрессия почвы вызывается неумеренным стравливанием угодий животными. Проявляется разрушением и распылением профиля, активизацией процессов дефляции, образованием пастбищных троп, дефляционного микро- и мезорельефа (кос выдувания, ветровой ряби, грив, бугров и барханов), снижением биопродуктивности угодий. Слабонарушенные пастбища характеризуются разрушением и распылением профиля на глубину менее 5 см, образованием редких ветвящихся троп с пятнами дефлированных почв на площади не более 5%; отмечается слабое вытаптывание поверхности и незначительное снижение продуктивности угодий (5-10 % в год). На умеренно нарушенных пастбищах глубина разрушения и распыления профиля равна 5-10 см, тропы и пятна дефлированных почв занимают 10-30% площади, продуктивность пастбищ снижается на 10-25 %. На сильно нарушенных пастбищах глубина разрушения и распыления профиля достигает 10-15 см, ветвящиеся тропы и пятна дефлированных почв составляют 30-50%, биопродуктивность снижается на 25-50 %.

На очень сильно нарушенных пастбищах растительный покров в основном отсутствует, глубина разрушения и распыления профиля превышает 15 см тропы и пятна дефлированных почв занимают более 50% площади, биопродуктивность снижается более чем на 50%, интенсивно проявляется ветровая эрозия.

Выделенные группы антропогенно нарушенных почв, как видно, различаются по способам образования, интенсивности проявления и свойствам преобразованных почв. Одновременно они характеризуют степень предельно допустимой антропогенной нагрузки на почвенный покров и ограничения хозяйственного использования почв.

3.5. Оценка эколого-генетической структуры антропогенно нарушенных почв Прикаспийского региона. Изучение причин техногенного нарушения почвенного покрова. Эта форма нарушений почв повсеместна и связана с неупорядоченным движением механизмов, разведкой и освоением месторождений полезных ископаемых, прокладкой водо-нефте-газопроводов, ЛЭП, связи и телевидения, а также карьерами, стройками, участками рабочего бурения, изыскательских работ и др. При этом разрушается морфологический профиль почвы, происходит ветропылевой вынос мелкозернистого материала.

Известно, что удельное сопротивление почв деформации находится в прямой связи и зависимости от их генетических свойств. При этом очень важное значение имеют показатели механического состава влажности, содержания водопрочных агрегатов и высокомолекулярных соединений.

Влияние механического состава на удельное сопротивление почв, по данным многих исследователей, является определяющим. Согласно «Научно-методическим указаниям по мониторингу земель Республики Казахстана», по содержанию частиц физической глины степень устойчивости почв характеризуется показателями: более 20% сильная, 10-20 - средняя, менее 10 - слабая. Установлена прямая зависимость сопротивления почв от характера и содержания коллоидной фракции, а также типа почвы. Процессы уплотнения и разрушения почвы находятся в прямой связи и зависимости от свойств элементоорганических высокомолекулярных соединений.

Приведены данные по характеристике почвенного покрова сельскохозяйственных угодий региона по механическому составу, свидетельствующие о широком распространении неустойчивых к деформации почв песчаного, супесчанного и легкосуглинистого состава.

Полевые испытания по изучению просадки и деформации почв в результате техногенной нагрузки показали, что десять проходов по одному следу автомашины «Уралаз» (вес 13745 кг, ширина колеи 175 см) привели к разрушению и распылению профиля луговой приморской солончаковой суглинистой почвы на глубину 10,5 см, бурой солонцеватой суглинистой - 5,3. После первого прохода автомобиля плотность почвы увеличивается на 0,11-0,13 г/см3, после десятого - на 0,38, пористость уменьшается соответственно с 62,5 до 58,5%, водопрочность агрегатов крупнее 0,25 мм с 93 до 65,5%, а водопроницаемость - с 16,2 до 0,28 мм/мин. В результате на нарушенной площади формируются почвы с измененными, по сравнению с исходными, морфологическими, химическими и биологическими свойствами. При этом степень изменения почв обуславливается глубиной трансформации профиля, перемещением и перемешиванием почвенных горизонтов, ветропылевым выносом мелкоземистого материала. На Тенгизском месторождении установлена трансформация луговых приморских почв в техногенные солончаковые почвы и солончаки. Содержание гумуса в почвах по сравнению с исходным уменьшилось в два раза (с 3.4 до 1.7 %), подвижного фосфора - в два с половиной, резко возросло сульфатно-хлоридное засоление в верхнем полуметровом слое (до 3-8%). В автоморфных бурых почвах на сильно нарушенных участках обнажается на поверхности карбонатно-иллювиальный горизонт, образуются такыровидные и такырные поверхности, усиливаются процессы засоления.

При транспортировке буровых станков на новые участки работ обычно уничтожается весь гумусовый горизонт почвы на глубину 20-40 см в радиусе шириной 50-100 м и более, на расстоянии десятков километров. Большой вред почвенному покрову наносится неупорядоченными полевыми дорогами, площади которых с каждым годом увеличиваются. В районах нефтепромыслов для работы используется преимущественно тяжелая техника, создающая нагрузку до 12 кг/см2, что ведет к разрушению бурых и серо-бурых почв, несущая способность которых не превышает 1,5. Вместе с тем вес современных тракторов (Т, ДТ, К-700), используемых на нефтепромыслах и карьерах, достигает 14 тонн, ширина колеи до 23 см, грузового автомобиля соответственно до 78 тонн и 38 см. Глубина разрушения почвы достигает при этом 20-40 см, плотностью деформируется генетический профиль.

В разрезах 1 и 8 бурой суглинистой почвы, где разрушен и выдут ветром верхний горизонт на глубину 20-25 см, произошло засоление и осолонцевание почвы. В разрезах 5, 7 и 10 и на участках буровых на серо-бурых суглинистых почвах соответственно - на глубину 10-15 см и засоление.

На техногенных ландшафтах нефтегазопромыслов формируется своеобразный антропогенный мезо- и нанорельеф. На трассах нефтегазоводопроводов при техногенном разрушении образуется двучленный профиль, где верхняя часть представляет перемещенную и новообразованную толщу мощностью 30-50 см, нижняя - подстилающую породу. На каждые 100 км длины трубопровода площадь нарушенных почв изменяется от 500 до 1000 га. на почвенный покров.

Зона техногенных нарушений почвенного покрова на асфальтированных магистралях распространяется в среднем на 30 м, ширина грунтовых дорог обычно около 3-5 м.

Размеры земельной площади, отводимой на месторождениях под скважины, составляют 2,5 га. Фактически с учетом транспортных подходов, размещения буровой техники и технологического оборудования они превышают нормативы в 10-20 раз и более. Причем разрушению почвенного покрова способствует часто допускаемый разрыв во времени между бурением скважины и началом эксплуатационных работ.

Количество эксплуатационных скважин, рабочего бурения и геофизических на рассматриваемой территории исчисляется десятками тысяч. Только на предприятиях АО «Эмбанефть» с 1996 г. действуют 1688 эксплуатационных и 355 нагнетательных скважин. Причем площади месторождений и буровых повсеместно замусорены остатками строительного материала, железобетонными конструкциями, емкостями для химреагентов и буровых растворов и др. В этих условиях из сельскохозяйственного оборота надолго выводятся большие площади почвенного покрова. Восстановление их продуктивности требует проведения биомелиораций различной сложности.

Нами было изучены всего 6 скважин Тенгизского месторождения №№38, 4, 1100, 47, 37, 43. В ходе изучения выявлено - площадь занимаемой скважины №38 составляет 13,1 га, которые привели к ухудшению состояния почв на 288%. Вместе с тем, №4-я скважина занимает наименьшую площадь 3,7 га, соответственно степень загрязняемости нефтью почвы в пределах 6%. Скважина №1100 занимает площадь 4,6 га, количество загрязнения почвы составляет 31 %. Занимаемая площадь скважины №37 составляет 28,8%, но при этом площадь нарушенных почв доходит до 722 %, скважина №43 расположена на 5 га, что на 43 % превышает норму. Таким образом, на Тенгизском нефтяном месторождении наибольший показатель, превышающий нормы загрязнения почвы нефтепродуктами характерен для скважин № 37 и 38, а наименьшее их количество соответствует скважинам № 4, 1100, 47, 43.

Также были изучены почвенные покровы скважины № 8, 9, 14, 15 нефтяного месторождения Королевское. Объем нефтезагрязненных почв в Королевском намного превышает, чем Тенгизское. Максимальное их количество достигает до отметки 323% которые соответствуют скважине №15, минимальное количество соответствуют скважине № 9, что составляет 202 %.

...