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 .есть. 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 А.Д. Воронин 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. Изменение структурно-функциональных гидрофизических характеристик чернозема выщелоченного привело к изменению физико-химических и агрохимических показателей. 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 1Характер порового пространства чернозема выщелоченного при загрязнении товарной нефтью

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. рН_KCl 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. 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