Эффективность рекультивации нефтезагрязненных земель в Среднем Поволжье

Размещено на http://www.allbest.ru/

ЭФФЕКТИВНОСТЬ РЕКУЛЬТИВАЦИИ НЕФТЕЗАГРЯЗНЕННЫХ ЗЕМЕЛЬ В СРЕДНЕМ ПОВОЛЖЬЕ

Специальность 06.01.02 - мелиорация, рекультивация и охрана земель

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени

кандидата сельскохозяйственных наук

Бурлака Иван Владимирович

Саратов 2008

Работа выполнена в федеральном государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Саратовский государственный аграрный университет имени Н.И. Вавилова».

Научный руководитель: заслуженный деятель науки РФ, доктор сельскохозяйственных наук, профессор Денисов Евгений Петрович

Официальные оппоненты: доктор сельскохозяйственных наук, профессор Решетов Геннадий Георгиевич;

кандидат сельскохозяйственных наук, доцент Ярославский Виктор Александрович

Ведущая организация: ФГНУ «Волжский научно-исследовательский институт гидротехники и мелиорации» (ВолжНИИГиМ)

Защита состоится 20 ноября 2008 года в 13 часов на заседании диссертационного совета Д 220.061.05 при федеральном государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Саратовский государственный аграрный университет им. Н.И. Вавилова» по адресу: 410012, г. Саратов, Театральная площадь, д. 1.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГОУ ВПО «Саратовский ГАУ».

Автореферат разослан «_____» ______________ 2008 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета,

профессор Н.А. Пронько

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Рост антропогенной и техногенной нагрузки на агроландшафт при полном прекращении работ по сохранению и повышению плодородия почвы привело к быстрому развитию деградации почвенного покрова.

Кроме падения почвенного плодородия от неправильного сельскохозяйственного использования пашни широкие масштабы приобрело загрязнение почв продуктами антропогенной и техногенной деятельности, куда можно отнести загрязнение ландшафта промышленными отходами, нефтепродуктами и сопутствующими им веществами. Широкие масштабы приобрело загрязнение земель при добыче нефти, ее транспортировке, повреждении нефтепроводов и т.д.

Из техногенного загрязнения сельхоз угодий наиболее распространено загрязнение от нефтедобычи и транспортировки нефти.

В мире ежегодно теряется 4550 млн. т нефти и нефтепродуктов. В России потери нефти составляют 3 млн. т ежегодно или 1,2 % от ее добычи (Г.Г. Кузяехметов, Р.Г. Минибаев, Р.Н. Гимаев, 1985; Я.М. Амосова, С.Я. Трофимов, Н.И. Суханов, 1999).

Поэтому рекультивация нефтезагрязненных земель важнейшая экологическая проблема в мировой и отечественной науке.

Цель и задачи исследований. Цель работы заключается в теоретическом обосновании и изучении эффективности восстановления плодородия земель, загрязненных нефтепродуктами и сопутствующими им веществами с одновременным повышением продуктивности пашни и урожайности полевых культур.

В задачи исследований входило:

изучить процессы, происходящие в почве при загрязнении ее нефтепродуктами; загрязнение почва агрохимический нефтепродукт

выявить изменение агрохимических свойств почвы при загрязнении нефтепродуктами;

исследовать влияние нефтезагрязнения на агрофизические свойства замазученных почв;

определить эффективность комплексной технологии рекультивации, загрязненных нефтепродуктами почв;

изучить роль различных культур-фитомелиорантов и осуществить подбор наиболее пригодных из них по продуктивности и фитомелиоративной способности при посеве после рекультивации земель;

рассчитать энергетический и экономический эффект рекультивации нефтезагрязненных земель.

Научная новизна работы. Установлена закономерность ухудшения плодородия черноземов обыкновенных при загрязнении их нефтепродуктами, пластовыми водами при эксплуатации Самарского месторождения.

Выявлено изменение агрохимических и агрофизических свойств черноземов под влиянием загрязнения. Показано влияние ухудшения плодородия почвы на урожайность сельскохозяйственных культур. Определена эффективность комплексной рекультивации загрязненных почв.

Практическая значимость вытекает из конкретных рекомендаций по использованию комплексной рекультивации нефтезагрязненных земель. Использование разработанных приёмов рекультивации позволяет возвратить плодородие почвы до прежнего уровня. Осуществлен подбор наиболее эффективных культур для фитомелиорации земель после их рекультивации. Подсчитаны периоды окупаемости затрат при сельскохозяйственном использовании рекультивированных земель под разными культурами.

Основные положения, выносимые на защиту:

закономерность и степень ухудшения плодородия черноземов обыкновенных Среднего Поволжья при различной степени загрязнения нефтепродуктами и пластовыми водами;

эффективность восстановления почвенного плодородия при рекультивации нефтезагрязненных земель с использованием разработанных агромелиоративных приемов;

окупаемость агромелиоративных приемов рекультивации черноземов обыкновенных, загрязненных нефтепродуктами.

Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались на международных («Состояние биосферы и здоровья людей», Пенза, 2005; «Агроэкологические проблемы сельскохозяйственного производства», Пенза, 2005; «Экология и безопасность жизнедеятельности», Пенза 2005), региональных и внутривузовских (Саратов, 2005-2007) научно-практических конференциях. Разработки защищены патентом №200101805.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 13 научных статей, в том числе две в журналах, рекомендованных ВАК РФ.

Реализация результатов исследований. Полученные результаты научных исследований по рекультивации нефтезагрязненных земель прошли производственную проверку и внедрены в хозяйствах Кинельского, Похвистневского и Кинель-Черкасского районах на площади 120 гектаров. Все рекультивированные земли (10 %) пашни переданы землевладельцам по решению районных коллегий.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, 6 глав, выводов и предложений производству. Работа изложена на 133 страницах компьютерного текста, включает 27 таблиц, 14 рисунков и 17 приложений. Список литературы насчитывает 265 наименований в т.ч. 46 на иностранных языках.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Условия, схема и методика проведения исследований. Опыты проводились в ООО «Золотая нива», СПК «Новый путь» Кинель-Черкасского района и поселке «Октябрьский» Похвистневского раиона Самарской области в течение 2006-2008гг. на обыкновенных черноземах среднегумусных среднемощных тяжелосуглинистых по гранулометрическому составу. Содержание гумуса 6,26,5 %. Сумма обменных оснований 25-29 мг-экв на 100 г почвы.

Обеспеченность подвижными формами фосфора средняя, доступным калием высокая. Почвы типичные для большинства пахотных земель Самарского Заволжья.

Район проведения опытов расположен в засушливой северной части степного Заволжья. Климат района резко континентальный с преобладанием в течение года ясных и малооблачных дней. Сумма осадков за год 400 мм.

Схема опыта включала три варианта: 1-фоновый вариант с незагрязненной почвой (контроль); 2-вариант с загрязненной нефтепродуктами и пластовой жидкостью почвой; 3-вариант с рекультивированной почвой и посевом на ней различных культур. Опыт закладывался на трех участках с различной степенью загрязнения: 120; 170 и 360 г нефтепродуктов на 1 кг почвы.

Методика проведения исследований. Закладка опыта и проведения исследований осуществлялась в соответствии с методиками, изложенными в трудах С.В. Астапова (1958), А.А. Роде (1962), Н.З. Станкова (1964), В.Н. Плешакова (1983); Б.А. Доспехова (1985) и др. Плотность сложения почвы определялась методом режущего кольца буром Н.А. Качинского, плотность твердой фазы пикнометрическим способом, общая пористость и пористость аэрации расчетным методом. Наименьшая влагоемкость находилась путем заливки площадок 22; водопроницаемость полевым методом «заливаемых квадратов» по С.В. Астапову. Щелочногидролизуемый азот определялся по Корнфильду, доступный фосфор по Мачигину в модификации ЦИНАО, ГОСТ 26205-84; содержание обменных оснований (кальция и магния) по МРТУ по ГОСТ 2695-86. Биологическая урожайность учитывалась методом учетных площадок по 1,0 м² в десятикратной повторности.

Биоэнергетическая оценка возделывания сельскохозяйственных культур находилась по методике А.А. Жученко (1988), ВАСХНИЛ (1989), М.М. Севернева (1991), В.В. Коренец (1992), В.М. Володина (1999) и др.

Экспериментальные данные обрабатывались математическим методом статистического анализа с использованием компьютера по Б.А. Доспехову (1985).

Результаты исследований

Плотность почвы Изменение плотности почвы зависело от степени загрязнения ее нефтепродуктами. На опытном участке ООО «Золотая нива» при загрязнении в 120 г на 1 кг почвы заметно изменялась плотность почвы до глубины 0,5 метров (табл. 1). За 3 года исследований различия в плотности по слоям составили соответственно 31,3; 23,3; 17,9; 10,8 и 5,2 %. В слое 030 см по годам различие равнялось 24,024,8 %; в слое 3060 см 5,16,1 %.

С увеличением степени загрязнения почвы нефтепродуктами увеличивалась и плотность почвы. В СПК «Новый путь» загрязнение почвы равнялось 170 г/кг. За годы исследований различие загрязненного и фонового вариантов на этом участке составило 0,100,31 г/см³ или 8,629,5 %. На предыдущем опытном участке этот показатель не поднимался выше 0,060,30 г/см³ или 5,231,0 %.

Таблица 1

Влияние загрязнения и рекультивации чернозема обыкновенного на плотность почвы в среднем за 20062008 гг., г/см³

В слое 030 см различие в плотности почвы по вариантам опыта составило по годам 27,5; 21,5; и 20,4 %; в слое 3060 см 7,0; 10,6 и 4,9 %, что выше, чем на опытном участке в ООО «Золотая нива».

Наибольшая степень загрязнения нефтепродуктами отмечена на опытном участке в поселке «Октябрьский» (скважина 176) 360 г/кг.

На участке в поселке «Октябрьский» (скважина 176) загрязненная почва превышала по плотности фоновый участок по слоям соответственно на 36,8; 27,3; 20,5; 15,7 и 8,3 %. На глубине 5060 см различия практически не было. Это больше, чем на участке ООО «Золотая нива на 5,5; 4,0; 2,6; 5,7 и 3,1 %

В слое 030 см разность по плотности почвы с фоновым вариантом составляла в среднем за годы исследований 0,31 г/см³, или 28,4 %. Это выше чем на первом опытном участке ООО «Золотая нива» на 4,4 %. В слое 3060 см разница между вариантами не превышала 4,9; 11,1; 8,4 %, а между участками 6,0 %. С увеличением степени загрязнения почвы нефтепродуктами плотность почвы возрастала в слое 060 см на 4,24,8 %.

Математический анализ экспериментального материала показал, что на загрязненной нефтепродуктами почве плотность с глубиной снижалась в отличие от фонового незагрязненного участка. Взаимосвязь плотности почвы (у) от степени ее загрязненности (х) выражалась по слоям следующими уравнениями: для слоя 010 см: у₁=1,068 0,777х + 0,00862х² 1,794·10^-5; для слоя 1020 см: у₂ = 1,029 0,00189х + 2,309·10^-6х² 1,205·10^-7х³; для слоя 2030 см: у₃ = 1,059 0,00255х 9,692·10^-6х² + 1,342·10^-8х³. Корреляционное отношение 0,830,96.

Анализ уравнений показал, что наиболее интенсивно плотность снижалась при загрягнении почвогрунта до 360 г/кг почвы.

Структурное состояние почвы. Замазучивание почвы вызывало резкое ухудшение структурного состояния. Под влиянием нефтепродуктов происходило склеивание структурных отдельностей, увеличивалось количество крупных структурных агрегатов, снижалось количество агрономически ценных агрегатов.

На участке ООО «Золотая нива» при загрязнении почвы нефтепродуктами в количестве 120 г/кг в среднем за годы исследований содержание ценных структурных агрегатов уменьшилось на 26,4 %, количество глыбистых фракций возросло на 36,4 %. Пылевидные фракции почти полностью исчезли. Коэффициент структурности снизился в 3 раза (табл.2). На участке СПК «Новый путь» при загрязнении нефтепродуктами 170 г/кг так же отмечается ухудшение структурного состояния почвы, но в большей степени, чем на участке в «Золотой ниве».

Таблица 2

Влияние нефтезагрязнения почвы на ее структуру в слое 030 см в среднем за годы исследований, %

Многолетние исследования показали, что на нефтезагрязненной почве в этом случае количество ценных агрегатов снижалось с 69,2 до 30,9 % или более чем в 2 раза. Процент глыбистых фракций возрос в 3,5 раза. Пылевидные фракции исчезли полностью. Коэффициент структурности уменьшился в 5 раз.

Математический анализ показал тесную корреляционную зависимость количества структурных агрегатов (у) от степени загрязнения почвы (х). Содержание агрономически ценных агрегатов размером 100,25 мм заметно убывало с повышением степени загрязнения. Эта взаимосвязь имела линейный характер со степенью линейности 99,4 %. Уравнение регрессии для этого случая имело вид: у = 65,039 0,206х. Коэффициент корреляции равнялся 0,998. Наиболее интенсивно обесструктуривание почвы происходило при загрязнении с концентрациями нефтепродуктов от 20 до 150 г/кг почвы. При степени загрязнения не выше 20 г/кг нефтепродуктов большого нарушения структуры почвы не выявлено. Отмечено значительное увеличение в почве глыбистых фракций (у) с повышением степени загрязнения (х). Взаимосвязь этих величин в изучаемых пределах загрязнения явно имела линейный характер. Степень линейности составляла 81,0 %. Уравнение имело вид: у = 34,664 + 0,145 х. Коэффициент корреляции составлял 0,900.

Уравнение показывает, что наибольшее увеличение глыбистости при загрязнении отмечено при степени загрязнения 360 г нефтепродуктов на 1 кг почвы.

При загрязнении нефтепродуктами резко сокращалась пылевидная фракция. Зависимость содержания пылевидных фракций (у) от степени загрязнения почвы (х) характеризовалась нелинейной формой связи уравнением вида: у₃ = 10,515 0,156х 7,381·10^-4х² 1,071·10^-6х³.

Из решения уравнения очевидно, что основная масса пылевидной фракции исчезает при начальном загрязнении с 1020 до 100 г нефтепродуктов на 1 кг почвы. Заметно изменяется с увеличением степени загрязнения (х) и коэффициент структурности почвы (у). Нелинейная форма связи выражалась уравнением полинома третьей степени: у₃ = 2,102 0,0202х + 7,967·10^-5х² 1,046·10^-7х³. С увеличением степени загрязнения отмечено снижение коэффициента структурности. Наибольший интервал загрязнения при котором интенсивно снижался коэффициент структурности отмечен с начала процесса до наличия концентрации нефтепродуктов 100150 г на 1 кг почвы.

Водопроницаемость почвы. Нефтепродукты, попадая в почву, не только ухудшают структурное состояние увеличивают плотность почвы, но и резко уменьшают водопроницаемость вследствие ухудшения смачиваемости поверхности почвы. Талые и дождевые воды стекают, не впитываясь в почвогрунты, вызывая эрозию.

На опытном участке ООО «Золотая нива» во все годы исследований незагрязненная фоновая почва имела сравнительно высокую степень водопроницаемости. За 30 минут в среднем за годы исследований на незагрязненной почве впиталось 141 мм влаги, а на загрязненной 71 мм или в 2 раза ниже. (табл. 3 ).

Таблица 3

Влияние нефтезагрязнения почвы на водопроницаемость на участках в среднем за годы исследований

На опытном участке СПК «Новый путь» при более повышенной степени загрязнения в среднем за годы исследований впитывалось за 30 минут 56 мм воды, что меньше, чем на первом участке на 26,8 %. Фоновая почва превосходила загрязненную на этом участке почти в 3 раза. Если за 30 минут на незагрязненной почве впитывалось 149176 мм, то на загрязненной 5563 мм

Еще хуже была водопроницаемость на третьем опытном участке с загрязнением 360 г/кг почвы (пос. «Октябрьский»). Здесь водопроницаемость на фоновой почве колебалась по годам от 143 до 169 мм за 30 минут. На загрязненной почве этот показатель составил 2434 мм или в 56 раз меньше. Для нелинейной формы связи водопроницаемости (у) и степенью загрязнения (х) можно с успехом использовать в этом случае уравнение вида: у = 141,084 0,842х + 0,00248х² 2,815·10^-6х³.

Гумус и питательные вещества. Нефть как специфическое вещество, попадая в почву, приводит к резкому ухудшению водно-физических свойств почвы, но увеличивает содержание органического вещества при определении гумуса. Если на фоновом участке ООО «Золотая степь» гумуса содержалось 6,2 %, то при загрязнении нефтепродуктами 120 г/кг почвы количество органического вещества возросло на 1,2 % - 2,0 % (табл.4). Чем больше нефтяного органического вещества, тем хуже свойства почвы. В среднем за годы исследований повышение составляло 1,7 % (НСР₀₅ 0,707 %).

С увеличением степени загрязнения почвы нефтепродуктами до 170 г/кг почвы, увеличивается содержание специфического органического вещества. В СПК «Новый путь» при степени загрязнения почвы 170 г/кг содержание органического вещества повысилось на 1,9 3,1 %,, а в среднем по годам на 2,6 % (НСР₀₅ 0,430 %).

На участке в поселке «Октябрьский» при степени загрязнения почвы нефтепродуктами 360 г/кг в среднем за годы исследований на 4,1 % при НСР₀₅ 0,44 %

Математический анализ полученных данных показал тесную корреляционную зависимость количества органического вещества в почве (у) и степени загрязнения почвы нефтепродуктами (х). Коэффициент корреляции составил 0,987.

Наряду с нефтью в состав загрязнительных нефтепродуктов входят пластовые воды различной степени минерализации. Наличие последних приводит к накоплению солей в почве, которое выражается в увеличении плотного остатка.

При загрязнении почвы в поселке «Октябрьский» плотный остаток возрос с 0,09 до 0,32 % или почти в 4 раза.

При повышении степени загрязнения почвы снижалось содержание в почве нитратного азота. На участке ООО «Золотая нива» в среднем за годы исследований количество гидролизуемого азота снижалось на загрязненной почве по сравнению с фоновым участком с 3,5 до 1,3 мг на 100 г почвы (НСР₀₅ равно 1,81 мг), что вполне достоверно.

На опытном поле СПК «Новый путь» с повышенным загрязнением снижение гидролизуемого азота по сравнению с фоновой почвой в среднем за годы исследований составило от 3,0 до 0,8 мг на 100 г почвы.

Таблица 4

Влияние загрязнения почвы нефтью и пластовой жидкостью на содержание питательных веществ в слое 030 см в среднем за 20062008 гг

Взаимосвязь гидролизуемого азота (у) от степени загрязнения (х) выразилось уравнением вида у = 3,509 0,0964х + 8,202·10⁴х² 1,592·10⁶х³.

Содержание доступного фосфора и обменного калия также изменялось в почве в зависимости степени загрязнения почвы. На участке ООО «Золотая нива» среднее количество фосфора в пахотном слое при загрязнении почвы нефтепродуктами приводило к его уменьшению по сравнению с фоновым участком почти в 2,7 раза с 3,5 до 1,3 мг на 100 г почвы. На участке СПК «Новый путь» степень снижения фосфора было еще больше, чем на фоновом участке и чем на предыдущем опыте. Здесь доступного фосфора при загрязнении уменьшилось по сравнению с фоновым участком в 3,7 раза и по сравнению с первым участком в 1,6 раза. На третьем участке снижение фосфора по сравнению с фоном произошло на 1,3 мг на 100 г почвы в среднем за годы исследований. Количество доступного фосфора уменьшалось за счет снижения его подвижности благодаря высокой вязкости нефти.

Содержание обменного калия возросло на загрязненной почве по сравнению с незагрязненной в среднем соответственно по участкам в 2,1; 2,0 и 3,5 раза.

С увеличением степени загрязненности почвы количество обменного калия возрастало за счет большого содержания его в пластовой жидкости. Влияние загрязнения почвы нефтепродуктами на сумму обменных оснований на разных участках было неодинаково. В первом случаи отмечено в среднем за годы исследований увеличение суммы обменных оснований с 25,9 до 29,7 мг-экв на 100 г почвы. Во втором случаи с загрязнением 170 г/кг и более сумма оснований снизилась с 29,4 до 27,9 мг-экв на 100 г почвы. На третьем участке выявлено некоторое увеличение этого показателя. В первом и третьем случаях увеличение произошло на 3,8 и 1,2 мг-экв на 100 г почвы. Во втором случае сумма обменных оснований снизилась на 1,5 мг-экв на 100 г почвы. На первом участке ООО «Золотая нива» в среднем за годы исследований на загрязненной почве по сравнению с фоновой содержание обменного кальция снизилось с 21,1 до 15,8 мг-экв или на 5,3 мг-экв, на втором участке СПК «Новый путь» уменьшилось с 24,2 до 15,3 мг-экв или на 8,9 мг-экв, в посёлке «Октябрьский» этот показатель уменьшился с 22,9 до 18,7 мг-экв на 100 г почвы или на 4,2 мг-экв. Содержание магния на загрязненной почве возрастало на первом участке с 3,5 до 7,3 мг-экв или более чем в 2 раза; на втором участке с 3,9 до 6,9 мг-экв на 100 г почвы, в 1,8 раза; на третьем с 6,5 до 7,2 мг-экв, или на 10,8 %. Заметно возрастало в загрязненной почве содержание обменного натрия. В ООО «Золотая нива» увеличение его составило 5,3 мг-экв; на втором 4,5 мг-экв; на третьем на 4,7 мг-экв на 100 г почвы.

Влияние нефтезагрязнения на солевой режим почвы. Загрязнение почвы нефтепродуктами и особенно сопровождающей их пластовой жидкостью сильно влияло на солевой режим почвы. На участке ООО «Золотая нива» при загрязнении почвы нефтепродуктами отмечено увеличение прежде всего плотного остатка с 0,54 до 1,8 % или в 3 раза. При этом анионов НСО₃ возросло в 2 раза, Cl в 90 раз. Количество SO₄² практически не изменилось. Из катионов очень сильно возросло содержание Na⁺ в 62,5 раза. Количество Са⁺² повысилось в 2,6 раза, магния в 1,7 раза. Таким образом, на этом участке исследования загрязнения пластовой жидкостью было опасно вследствие многократного увеличения хлоридов натрия (табл. 5).

Таблица 5

Влияние загрязнения почвы нефтепродуктами и ее рекультивации на солевой режим в среднем за 20062008 годы

В СПК «Новый путь» на загрязненной почве сильно увеличивалось содержание в почве плотного солевого остатка. Величина его возросла с 0,35 до 1,66 % или почти в 5 раз. Содержание аниона НСО₃ увеличивалось на 27,2 %, SO₄² в 3,4 раза, а Cl в 82 раза. Из катионов очень сильно возросло количество Na⁺. Оно увеличилось в 100 раз. Содержание Са⁺² повысилось в 2,3 раза, количество Mg⁺² практически не изменилось. Как и в предыдущем случае, пластовые воды засоляли почву хлоридами натрия.

Загрязнение почвы нефтепродуктами в поселке «Октябрьский» привело к увеличению плотного остатка растворимых солей в 7 раз с 0,047 до 0,33 %. При этом количество аниона НСО₃ увеличилось в 3 раза, хлора (Cl) в 100 раз, SO₂² почти в 9 раз. Возросло и содержание катионов, особенно натрия (Na⁺). Содержание катиона натрия увеличилось в 136 раз, Са ⁺² в
8 раз; магния в 7,7 раза.

Как и в предыдущем случае, пластовая жидкость, сопутствующая нефтепродуктам, засоляла почву главным образом солями хлоридов натрия.

Загрязнение почвы нефтепродуктами приводило к незначительному увеличению содержания тяжелых металлов.

На участке ООО «Золотая нива» загрязнение почвы свинцом повысилось на 0,43 мг/кг; никеля на 0,28 мг/кг; меди - на 0,19 мг/кг; цинка на 0,52 мг/кг. Увеличение тяжелых металлов на загрязненных почвах было во много раз ниже ПДК. Если количество свинца в загрязненной почве было 0,78 мг/кг; кадмия 0,039; никеля 0,88; меди 0,26 и цинка 1,50 мг/кг, то ПДК было соответственно 6,0; 1,0; 4,0; 3,0 и 23,0 мг/кг.

Свинца было ниже ПДК в 7,7 раза; никеля в 4,5 раза; меди в 11 раз; цинка в 15 раз; кадмия в 25 раз.

Аналогичная ситуация просматривалась и в поселке «Октябрьский».

Восстановление плодородия чернозема рекультивацией после загрязнения нефтепродуктами

Технология восстановления плодородия почвы, загрязненной нефтью и пластовыми водами. Состав адсорбентов для очистки почвы от загрязнения пластовой жидкостью использовали химические мелиоранты (гипс, фосфогипс), адсорбенты (солому, торф), удобрения (навоз) при соотношении: химического мелиоранта 3,55,7 %; адсорбента 67,578,6 %; органического удобрения 15,729,6 %.

Способ очистки почвы от загрязнения пластовой жидкостью включает послойное внесение этого состава на загрязненную почву на слой до глубины 030 см; 3060 см и т.д. со съемом верхнего обрабатываемого слоя и буртования его за пределами загрязнения.

Для отвода вредных солевых растворов проделывают горизонтальные дренажные кротовины, проводят вспашку для перемешивания почвы с адсорбентом и химическими мелиорантами. После этого возвращают сдвинутую почву на прежнее место. Работу по рекультивации таких земель проводят в следующем порядке. Сначала дисковыми почвообрабатывающими орудиями рыхлят верхний загрязненный слой почвы на глубину 1012 см. Затем поверхность почвы выравнивают и на выровненную поверхность насыпают смесь химмелиоранта, адсорбента и удобрения. Смесь включает в себя до 18 т/га гипса (3,55,7 %); 250350 т/га адсорбента (солома, остатки силоса, торф, опилки, лузги, стружки, кострика и т.д.) (67,578,6 %); 50150 т/га органического вещества (навоз). После внесения смеси проводят двукратное дискование и вспашку отвальным плугом на глубину не менее 30 см.

Далее бульдозером сдвигают разрыхленный слой почвы за пределы загрязнения. После этого на открывшуюся поверхность нижних горизонтов (слой 3060 см) вносят тот же состав из гипса, адсорбентов и органических удобрений. Потом нарезают кротовины, щели, проводят дискование и вспашку плугом с оборотом пласта на глубину 4850 см, обеспечивающую перемешивание почвы с химическими мелиорантами, адсорбентами и удобрениями. Затем возвращают бульдозером сдвинутую почву на старое место и выравнивают поверхность участка. Для ускорения восстановления плодородия загрязненной почвы проводят парование с последующим посевом фитомелиорантов. Перед посевом вносят 6080 кг/га азотных удобрений. Посев проводят с завышенной в 1,5 раза нормой высева. В качестве фитомелиорантов целесообразно высевать многолетние или однолетние травы с глубоко проникающей корневой системой (люцерну, эспарцет, донник, щавель кормовой, свеклу, подсолнечник, озимую рожь и др.). Способ восстановления плодородия почвы пластовой жидкостью защищена патентом на изобретение № 2245200.

Разрыхление почвы после рекультивации. В ООО «Золотая нива» в среднем за годы исследований плотность почвы после рекультивации снизилась по сравнению с загрязненной в слое почвы 010 см с 1,30 до 1,01 г/см³ или 28,7 %; в слое 1020 см с 1,27 до 1,04 г/см³ или на 22,1 %; в слое 2030 см с 1,25 до 1,06 г/см³ или на 17,9 %; в слое 3040 см с 1,23 до 1,09 г/см³ или на 12,8 %; в слое 4050 см с 1,22 до 1,14 г/см³ или на 7,0 %. В слое 5060 см плотность почвы по вариантам была одинаковой и колебалась от 1,21 до 1,22 г/см^3.

Таблица 6

Влияние рекультивации чернозема обыкновенного на плотность почвы в среднем за 20062008 гг., г/см³

В слое 030 см плотность почвы после рекультивации по сравнению с загрязнёнными участками в среднем за годы исследований снижалась на 22,1 %; в слое 3060 см на 6,1 %; в слое 060 на 14,7 %. После рекультивации плотность почвы была близка к плотности на фоновом участке (табл.6).

На опытном участке в СПК «Новый путь» отмечено аналогичное влияние рекультивации на плотность почвы. В слое 010 см после рекультивации по сравнению с загрязнёнными участками плотность почвы снизилась на 41,7 %; в слое 1020 см на 28,2 %; в слое 2030 см на 21,9 %; в слое 3040 см на 15,6 %; в слое 4050 см на 12,6 %; в слое 5060 см на 3,4 %. В слое 5060 см различие по вариантам недостоверно.

Увеличение доз компонентов при рекультивации нефтезагрязненных земель с более высокой степенью загрязнения привело к снижению плотности почвы не только по сравнению с загрязненной почвой, но и по сравнению с фоновым участком. На опытном участке в поселке «Октябрьский» в среднем за годы исследований отмечена аналогичная закономерность. В слое 010 см снижение плотности почвы по сравнению с загрязнённой после рекультивации было на 47,9 %, в последующих слоях соответственно на 37,2; 26,2; 20,9; 15,0 и 5,1 %. В слое 5060 см различие было недостоверно. Плотность почвы в этом слое на всех вариантах практически была одинакова.

После рекультивации загрязненной почвы плотность ее оказалась меньше не только первоначального состояния, но и меньше, чем на фоновом участке.

Восстановление структуры почвы при рекультивации. После рекультивации нефтезагрязненных земель в ООО «Золотая нива» в слое 030 в среднем за годы исследований количество ценных агрегатов возросло с 39,0 да 81,9 % или в 2,1 раза по сравнению с загрязненной почвой и на 16,5 % по сравнению с фоновым участком. Количество глыбистых фракции в первом случае снизилось с 60,4 до 16,5 % или в 3,7 раза, а во втором было больше на 7,5 % (табл.7).

Таблица 7

Влияние рекультивации почвы на ее структуру в слое 030 см в среднем за годы исследований, %

По сравнению с фоновым участком на рекультивированной почве наблюдалось снижение количества пылевидных фракций на 9,0 %. Коэффициент структурности в первом случае возрос с 0,64 до 4,53 или в 7 раз, во втором с 1,89 до 4,53 или в 2,4 раза.

На участке СПК «Новый путь» в среднем за годы исследований после проведения рекультивации количество ценных структурных агрегатов повысилось с 30,9 до 84,4 % или в 2,7 раза по сравнению с загрязненной почвой и на 15,2 % по сравнению с фоновым вариантом. В первом случае наблюдалось снижение глыбистой фракции в 5,5 раз, а во втором на 7,3 %. По сравнению с фоновым вариантом количество пылевидной фракции на рекультивированном варианте уменьшилось с 11,0 до 3,1 % или в 3,5 раза. Коэффициент структурности увеличился в 12,0 и в 2,4 раза. В среднем за 3 года на опытном участке поселка «Октябрьский» содержание агрономически ценных агрегатов возросло после рекультивации загрязненной почвы с 20,4 до 80,7 % или почти в 4 раза, а по сравнению с фоновым вариантом на 12,9 %.

При этом количество глыбистых фракций снизилось в первом случае с 79,6 до 16,7 % или в 4,7 раза, а во втором на 4,5 %. После рекультивации загрязненной почвы количество пылевидных фракций уменьшилось по сравнению с фоновым вариантом на 9,4 %.

В среднем за 3 года коэффициент структурности после рекультивации загрязненной почвы возрос с 0,26 до 4,20 или в 16,2 раза, а по сравнению с фоновым участком в 2 раза. Таким образом, за все годы и на всех опытных делянках структурное состояние почвы после рекультивации улучшилось в несколько раз не только по сравнению с загрязненной нефтепродуктами почвой, но и по сравнению с фоновым вариантом.

Увеличение водопроницаемости. Рекультивация значительно повышала водопроницаемость почвы. На участке ООО «Золотая нива» в среднем за годы исследований за 30 мин в почву поступало на рекультивированном участке 156 мм воды; на загрязненной почве 71 мм; на фоновом варианте 141 мм. Рекультивированная почва превышала по поступлению воды загрязненный почвогрунт в 2,2 раза, а фоновый вариант на 10,6 %, что статистически вполне достоверно. На участке СПК «Новый путь» с большей степенью загрязнения различие по вариантам заметно возрастало.В среднем за годы исследований в рекультивированную почву проникало за 30 минут 187 мм воды; в загрязненную 56 мм или в 3,3 раза меньше, в фоновую 162 или на 15,4 % меньше, что вполне статистически достоверно.С увеличением степени загрязнения почвы нефтепродуктами в поселке «Октябрьский» различие в водопроницаемости по вариантам возрастало. В среднем за годы исследований после рекультивации за 30 минут в почву просачивалось 182 мм воды, на загрязненной нефтепродуктами почве 29 мм или в 6,3 раза меньше, а на незагрязненной почве 148 мм или на 23,0 % меньше.

Воздействие рекультивации на органическое вещество почвы. В ООО «Золотая нива» в среднем за 3 года рекультивированная почва была богаче органическим веществом, чем фоновая на этом участке на 0,40,3 % (табл.8).

Как в ООО «Золотая нива», так и в СПК «Новый путь» различие в содержании гумуса по вариантам по сравнению с контролем было не достоверно, т.е. в пределах ошибки опыта.

В поселке «Октябрьский» при большей степени загрязнения, чем в предыдущих двух случаях, количество органического вещества в почве после рекультивации заметно возрастало вследствие увеличения, как дозы органического удобрения, так и дозы адсорбентов.

В среднем за годы исследований рекультивированная почва содержала гумуса на 1,2 % больше, чем фоновый вариант. НСР₀₅ в этом случае 0,44. Различие по вариантам вполне достоверно.

При рекультивации сильно нефтезагрязненных земель содержание гумуса в почве возрастало больше, чем было на фоновом варианте.

Таблица 8

Влияние рекультивации на содержание питательных веществ в слое 030 см в среднем за 20062008 гг.

Воздействие рекультивации на содержание питательных веществ в почве. Внесение высоких доз органических удобрений, химических мелиорантов и адсорбентов привело к увеличению питательных веществ в почве как по сравнению с фоновым вариантом, так и в случае с загрязненной почвой.

В ООО «Золотая нива» содержание азота после рекультивации было практически одинаково с фоновым вариантом. В среднем за годы исследований разница содержания доступного фосфора в почве до рекультивации равнялось 5,2 мг, после рекультивации 3,8 мг, а на фоновом варианте 1,7 мг на 100 г почвы. После рекультивации количество фосфора...