CC BY
72
УДК 504.5:631.41:632.125(470.56)
Гарицкая М.Ю., Чекмарева О.В., Чернышева К.С., Алеева О.Н.
Оренбургский государственный университет Е-mail: ecolog@mail.osu.ru
ОЦЕНКА ХИМИЧЕСКОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ И ДЕГРАДАЦИИ ПОЧВ, НАХОДЯЩИХСЯ В ЗОНЕ ВЛИЯНИЯ ВАХИТОВСКОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ
Оренбургская область богата полезными ископаемыми, основными из которых являются газ и нефть, в ее недрах разведано более 2500 месторождений 75 видов полезных ископаемых, а по объемам запасов и добыче полезных ископаемых область входит в ведущую группу регионов России, эта промышленность оказывает существенное влияние на окружающую среду.
Загрязнение почв нефтью и нефтепродуктами относится к весьма распространенному типу негативного антропогенного воздействия, особенно в промышленных регионах России. Ключевым элементом в цепи экологических последствий нефтяного загрязнения является изменение видового состава растительного покрова и уменьшение его продуктивности вплоть до полной гибели всех растений на загрязненном участке.
Исследовалась проблема загрязнения почв, находящихся в зоне влияния Вахитовского месторождения (Оренбургская область). Вахитовское нефтяное месторождение расположено в Переволоцком районе, в 32 километрах к северу от районного центра Переволоцкий.Месторож-дение введено в разработку в 1995 году, в настоящее время в добывающем фонде числится 20 скважин.
Почвы анализировались на содержание кислотообразующих примесей, металлов, бенз(а)-пирена, нефтепродуктов и рН. Были рассчитаны: концентрации загрязняющих веществ, коэффициент концентрации, относительно фоновых значений содержания примесей в почве и показатель химического загрязнения почв с использованием метода профилирования. Выделены приоритетные примеси среди кислотообразующих веществ и металлов. Проведено ранжирование по суммарному химическому загрязнению почв, которое показало, что исследуюмую нами территорию на расстоянии до 1500 метров от источника загрязнения можно отнести к зоне с чрезвычайной экологической ситуацией. Определен показатель фитотоксичности почв из которого следует, что почвы находящиеся в зоне влияния Вахитовского месторождения на рассторя-нии до 1500 метров являются сильно деградированными.
Ключевые слова:почва, загрязняющие вещества, концентрация, коэффициент концентрации, фон, химическое загрязнение, деградация, ранжирование.
В нефтяной отрасли все стадии производственного процесса от скважины до потребителя нефти и продуктов ее переработки являются потенциальными загрязнителями [2],[6]. Особую опасность представляет загрязнение почвы и грунтовых вод в результате сброса промысловых сточных вод и разливов нефти, а также выбросы в атмосферу продуктов сжигания попутного нефтяного газа [8].
Воздействие нефтяной и газовой промышленности на основные компоненты окружающей среды обусловлено токсичностью природных углеводородов, большим разнообразием химических веществ, используемых в технологических процессах, а также всевозрастающим объемом добычи нефти и газа, их подготовки, транспортировки, хранения, переработки и широкого разнообразного использования [7].
Целью данных исследований являлась оценка экологическог состояния территории, находящейся в зоне влиянияустановки подготовки нефти (УПН)Вахитовского нефтяного месторождения. В задачи входило исследование химического загряз-
нения почв, определение приоритетных примесей, ранжирование территории по степени экологического неблагополучия и деградации почв.
На рассматриваемом месторождении производится эксплуатационное и поисковое бурение, добыча углеводородного сырья, его сбор, отделение нефти от газа, предварительное обезвоживание нефти и транспорт нефти и газа на дальнейшую переработку[5].
Максимальная производительность УПН составляет:
- по жидкости - 1696 тыс. т/год;
- по нефти - 1530 тыс. т/год;
- по газу - 178 млн. м3/год.
Технологический процесс на УПН разделяется в основном на 4 стадии:
- холодная сепарация I ступени с выделением попутного нефтяного газа;
- подогрев сырой нефти;
- сепарация II ступени и сброс пластовой воды (обезвоживание);
- откачка обезвоженной нефти на ЗАО «Терминал».
Гарицкая М.Ю. и др.
Оценка химического загрязнения и деградации почв...
Оценку экологического состояния территории, прилегающей к УПНВахитовская, осуществляли по состоянию почв [1]. Пробы почв отбирали с юго-востока и северо-запада по отношению к предприятию, в соответствии с преобладающими направлениями ветра на территории Переволоцкого района [4], [10].
Все почвенные образцы были отобраны и подготовлены согласно стандартным методикам (ГОСТ 17.4.3.01-83, ГОСТ 5180-84, ГОСТ 17.4.4.02-84) [9], [11].Для изучения протяженности зоны воздействия применялся метод профилирования - отбор проб почв на разном удалении от источника выбросов с учетом розы ветров. Почвы анализировали на содержание соединений серы и азота, хлориды, карбонаты и гидрокарбонаты, металлы, бенз(а)пирен, нефтепродукты и рН.
О химическом загрязнении почв судили по коэффициенту концентрации, который рассчи-
800
600
400
200
тывали относительно фоновых значений концентраций загрязняющих веществ в почвах, и суммарному показателю химического загрязнения, который рассчитывали по формуле:
пхзс = к + к2+...+к = £к,, (1)
1=1
где К - коэффициент концентрации 1-го загрязняющего вещества.
с
(2)
К =
1С1
НСО3 I 1МН4
Рисунок 1. Зависимость концентрации загрязняющих веществ от расстояния до источника в Юго-Восточном направлении
Рисунок 2. Зависимость концентрации загрязняющих веществ от расстояния до источника в Северо-Западном направлении
сл
фон
где С - концентрация 1-го загрязняющего вещества;
Сф0Н - фоновая концентрация 1-го загрязняющего вещества.
По концентрации загрязняющих веществ приоритетными являются гидрокарбонат и хлорид-ионы, содержание которых в пробах почв составляет в юго-восточном направлении 435715 мг/кг и 140-235 мг/кг соответственно.
В северо-западном направлении концентрация гидрокарбонат ионов находится в интервале 754-1143 мг/кг, а хлоридов 342-494 мг/кг. Значительный вклад в загрязнение почв вносят ионы аммония, концентрация которых в юго-восточном направлении составляет 214279 мг/кг, а в северо-западном 162-343 мг/кг (рисунки 1, 2).
Содержание кальция в исследуемых почвах находится на уровне 100-270 мг/кг. Роль кальция важна как элемента, уравновешивающего соотношение других элементов, находящихся в почвенном растворе и в частности кислотообразующих. Поэтому, несмотря на высокое содержание кислотообразующих примесей, подкисления исследуемых почв не наблюдается. Уровень рН находится в диапазоне 6,9-8 (рисунок 3).
Необходимо отметить, что прослеживается четкая зависимость снижения концентрации, по всем исследуемым веществам, с увеличением расстояния от источника загрязнения и
1С1
I НСО3 I N44
аммонию 2-4,5 раз, бенз(а)пирену 1-7 раз и нефтепродуктам 1,6-3,5 раз.
Суммарный показатель химического загрязнения почвв юго-восточном направлении можно расположить в следующей последовательности 33,8 - 25,8 - 19,6, а в северо-западном 59,2 - 41,9 -29,6. Из выше представленных данных видно, что уровень химического загрязнения исследуемых нами почв уменьшается с увеличением расстояния от источника в среднем в 1,7-2 раза.
Данный показатель позволяет провести ранжирование экологического состояния почв по степени экологического неблагополучия [15],которое осуществляли согласнокритериев, разработанных Министерством природы РФ (таблица 2).
Ранжирование показало, что территорию на расстоянии
91 --— 500 метров в юго-восточном на-
8 __правлении и 500-1500 метров в северо-западном, можно отнести к 6 I_ I_зоне с чрезвычайной экологичес-
5 I I I "Юго-Восточное направление кой ситуацией, а на расстоянии
^Н ^ 1500-2000 метров в юго-восточ-
3 | | I "неПрРа0вл3еанПиаеАН0е ном направлении и 2000 метров в
северо-западном к зоне с напря-
2 ^^^Н-^-^— женной экологической ситуацией.
^^ ^-^-^^^^ Фитотоксичность почвы явля-
0 1 1 ется интегральным показателем со-
500 1500 2000
стояния почвенной биоты и зависит Рисунок 3. Зависимость рН от расстояния до источника от суммарного загрязнения почвы,
включая и почвоутомление [13].
Таблица 1. Коэффициент концентрации загрязняющих веществ и ПХЗ почв
Место отбора Коэффициент концентрации ПХЗ
С1 нсо3 Са Mg Ш кн4 804 ги Бе N02 N03 Бенз(а)-пирен Нефтепродукты
Юго-Восточное нап] давление
500 м 8,3 1,89 1,38 0,79 1,52 3,67 0,33 9,2 1,24 0,2 0,03 5 2,34 33,8
1500 м 6,4 1,34 1,03 0,58 1,14 2,81 0,21 7,5 0,0016 0,18 0,02 4 3 1,58 25,8
2000 м 4.93 1.15 0.66 0.53 1.4 3.36 0.16 4.5 0,81 0,15 0,02 1 0,96 19,6
Северо-Западное направление
500 м 17,4 3 2,7 1,92 1,77 4,5 1,09 16 0,01 0,29 0,03 7 3,48 59,2
1500 м 14,2 2,6 1,89 0,75 1,16 3,2 0,82 10 0,0077 0,25 0,02 8 4 2,87 41,9
2000 м 12 1,99 1,15 0,56 0,73 2,13 0,64 7,3 0,0058 0,19 0,02 1 1,86 29,6
Таблица 2. Критерии оценкистепени химического загрязнения объектов окружающей среды
Показатели Параметры
ЭБ ЧЭС ОУС
рН 5,0-5,6 5,7-6,5 >7
ПХЗ почв >128 32-128 <16
то, что содержание химических веществ в почвах, отобранных в юго-восточном направлении, в среднем в 2-3 раза выше, чем в почвах северо-западного направления.
Согласно, полученных значений коэффициента концентрации загрязняющих веществ, максимальное превышение фона наблюдается по цинку и хлоридам и составляет в юго-восточном направлении 4,5-9, 4,9-8,3 раз, в северо-западном направлении 7,3-16, 12-17,4 раз соответственно (таблица 1).
Превышение фоновых концентраций также наблюдается по гидрокарбонатам в 1-3 раза, кальцию 1-2,7 раз, гидросульфидам 1-1,7 раз,
Гарицкая М.Ю. и др.
Оценка химического загрязнения и деградации почв..
Таблица 3. Энергия прорастания семян
Место отбора пробы, м Общее число семян, шт Число проросших семян, шт Энергия прорастания, %
Юго-Восточное направление
500 13 2 15,4
1500 13 6 46,2
2000 13 9 69,2
Северо-Западное направление
500 13 2 15,4
1500 13 5 38,5
2000 13 7 53,8
Фон
- 13 12 92,3
Исследование фитотоксичности почв проводили экспериментальным методом проростков. Он позволяет выявить как токсическое, или ингибирующее, действие тех или иных веществ, так и их стимулирующее влияние. В качестве тест-культур мы использовали быстро прорастающие семена кресс-салата. В ходе опыта были зафиксированы: всхожесть и энергия прорастания [14].
Наблюдение производили за следующими показателями: время появления всходов и их число на каждые сутки; общую всхожесть (в конце опыта).
Энергию прорастания определяли по формуле [12]:
в=а -1оо%, (3)
ь
где а - число проросших семян;
Ь - общее число семян, взятых для опыта.
Результаты наблюдений представлены в таблице 3.
Согласно, полученных данных, увеличение числа проросших семян прослеживается при увеличении расстояния от источника и снижении показателя химического загрязнения почв. Наибольшее количество проростков (69,2 %) наблюдается в почвах, отобранных на расстоянии 2000 метров от источника в юго-восточном направлении, где складывается ситуация, близкая к экологическиблагоприятной. Минимальное
количество проростков (15,4 %) наблюдается на расстоянии 500 метров от источника загрязнения, и в юго-восточном и в северо-западном направлениях.
Если количество проросших семян по сравнению с контролем не превышает 1,1 раза, то почва считается недеградированной. Если число проростков снижается более чем в 2 раза, то почву можно считать сильно деградированной. В наших пробах, и в юго-восточном и северозападном направлениях, на расстоянии 500 и 1500 метров, снижение числа проросших семян в среднем составляет 6-2,1 раза, что позволяет считать данную почву сильно деградированной. На расстоянии 2000 метров, и в том и в другом направлениях - к недеградированной.
Таким образом, полученные данные пока-зывают,что существует кореляционная зависимость между уровнем химического загрязнения и деградацией почв, так как на расстоянии до 1500 метров от установки подготовки нефти Вахитовского нефтяного месторождения складывается чрезвычайная экологическая ситуация и почвы являются сильно деградированными. Однако, при увеличении рассторяния от источника загрязнения суммарное химическое загрязнение снижается, а качество почв улучшается, что позволяет их отнести в категорию недеградированных.
12.05.2016
Список литературы:
1 Гарицкая,М.Ю., ЧекмареваО.В., Ишанова О.С., ПатокинаН.С.Химическое загрязнение почв территории прилегающей к Сорочинско-Никольскому месторождению// Вестник Оренбургского государственного университета. -№6 (181).- 2015, С.85-88.
2 Алиев, С.А.Влияние загрязнения нефтяным органическим веществом на активность биологических процессов почв / С.А. Алиев, Д.А. Гаджиев // Изв. АН АзССР. Сер. биол. наук, - 2007. - № 2. - С. 46-49.
3 Аралбаева,Г.Г. Тенденция развития нефтегазовой промышленности в Оренбургской области./ Г.Г. Аралбаева, З.Т. Арал-баев // Вестник Оренбургского государственного университета,- 2014.- №4, - апрель, - С.159-164.
4 Мотузова, Г.В. Экологический мониторинг /Г.В.Мотузова, О.С.Безуглова - М.: Академический проект Гаудеамус, 2007
- 237 с.
5 Гарицкая, М.Ю., Чернышева К.С. Оценка экологического сотояния территории, прилегающей к Вахитовскомуместорож-дениюместорождению/ Университетский комплекс как региональный центр образования, науки и культуры»: материалы Всероссийской научно-методической конференции [Электронный ресурс]. - Оренбург: ООО ИПК «Университет», 2015.
- С. 603-608.
6 Бернард, Н. Наука об окружающей среде. /Н. Бернард - М.: Мир, - 2003. - 311 с.
7 Божедомова, С.А. Экологическое воздействие горнодобывающей промышленности на окружающую среду Восточно-Казахстанской области Республики Казахстан. / С.А.Божедомова -А.: Колос, - 2005. - 231 с.
8 Болбас,М.М. Основы промышленной экологии. / М.М.Болбас- Москва: Высшая школа, - 2003. - 421 с.
9 ГОСТ 5180-84. Грунты. Методы лабораторного определения физических характеристик. - Введ. 1985-06-30. - Москва: Изд-во стандартов, 2009. - 19 с.
10 ГОСТ 17.4.4.02-84. Охрана природы. Почвы. Методы отбора и подготовки проб для химического, бактериологического, гельминтологического анализа. - Введ. 1986-01-01. - Москва: Изд-во стандартов, 2008. - 8 с.
11 ГОСТ 17.4.3.01-83 Охрана природы. Почвы. Общие требования к отбору проб. - Введ. 1984-07-01. - Москва: Изд-во стандартов, 2008. - 4 с.
12 Добровольский, Г.В. Функции почв в биосфере и экосистемах/ Г.В. Добровольский, Е.Д. Никитин - М.: Наука, - 2000. -261 с.
13 Зильберман,М.В., Комплексная оценка воздействия нефтяного загрязнения почвы на экологическое состояние территорий/ М.В. Зильберман, Е.А. Порошина, Е.В. Зырянова // Успехи современного естествознания. - 2004. - № 11 - С. 42-43.
14 Методика определения силы роста семян кормовых культур/ В.И. Карпин, Н.И. Переправо, В.Н. Золотарев, В.Э. Рябова, Э.З. Шамсутдинова, Т.В. Козлова. - М.: Изд-во РГАУ-МСХА, - 2012. - 16 с.
15 Методика «Критерии оценки экологической обстановки территорий для выявления зон чрезвычайной экологической ситуации и зон экологического бедствия» (утв. Минприроды РФ 30.11.1992) // КонсультантПлюс: справочная правовая система - 1992-2015. - Режим доступа: http://www.coDsultant.ru/document/cons_doc_LAW_90799/.
Сведения об авторах:
Гарицкая Марина Юрьевна, доцент кафедры экологии и природопользования геолого-географического факультета Оренбургского государственного университета,
кандидат биологических наук Чекмарева Ольга Викторовна, доцент кафедры экологии и природопользования геолого-географического факультета Оренбургского государственного университета,
кандидат технических наук, доцент Чернышева Кристина Сергеевна, магистрант кафедры экологии и природопользования геолого-географического факультета Оренбургского государственного университета Алеева Ольга Николаевна, магистрант кафедры экологии и природопользования геолого-географического факультета Оренбургского государственного университета
