CC BY
24
УДК 502.5(470.111)
АГРОЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ПОЧВОГРУНТОВ ТЕХНОГЕННЫХ ЛАНДШАФТОВ НЕНЕЦКОГО АВТОНОМНОГО ОКРУГА
А.И. Попов (научныйруководитель О.Д. Кононов, д.с.-х.н.) Нарьян-Марская СХОС Архангельского НИИСХ, e-mail: [email protected]
Представлены результаты агроэкологического исследования техногенных ландшафтов Ненецкого автономного округа с целью разработки мероприятий по биологической рекультивации нарушенных земель. Дана качественная оценка состояния почвогрунтов на основе анализа содержания в них тяжелых металлов, мышьяка, нефтепродуктов, а также агрохимических и почвенных показателей.
Ключевые слова: почвогрунты, оценка, буровые площадки, тундра, нарушенные земли, литостраты.
AGROECOLOGICAL ASSESSMENT OF SOIL-GROUNDS AT TECHNOGENIC LANDSCAPES
IN THE NENETS AUTONOMOUS REGION A.I. Popov
The results of the agroecological research of technogenic landscapes of the Nenets Autonomous Region in order to develop measures for biological remediation of disturbed lands. Qualitative assessment based on the analysis of soil content of heavy metals, arsenic, petroleum products, as well as agrochemical and soil parameters is presented.
Keywords: soil-grounds, assessment, drilling sites, tundra, disturbed land, lithostrates.
Географические и природно-климатические особенности Ненецкого автономного округа (НАО), а также низкая способность почвенно -растительного покрова тундры к самовосстановлению определяют необходимость разработки эффективных приемов рекультивации нарушенных земель для условий тундровой зоны НАО. Для научного обоснования методов восстановления растительного покрова необходимо проведение комплексного изучения земель, нарушенных в результате разных видов техногенного воздействия. Одним из важных этапов изучения нарушенных земель является агроэкологи-ческая оценка почвогрунтов.
Геологоразведочные работы в НАО начаты в середине XX века. Возникающее химическое загрязнение почвенного покрова на этапе разведочных работ или предэкс-плуатационной стадии, происходит за счет разлива дизельного топлива, отработанных буровых растворов, содержащих нефть и аккумулирующихся в котлованах-сборниках, а также газоконденсатной смеси легких углеводородов, сброса загрязненных вод, химреактивов [1]. Будучи системой, более устойчивой, чем вода и воздух, почва способна сопротивляться загрязнению. Но когда внешнее воздействие преодолевает это сопротивление, почва несоизмеримо дольше, чем вода и воздух, остается в загрязненном состоянии и тем самым представляет источник вторичного загрязнения природных компонентов.
Для качественной оценки химического загрязнения почв необходимо представление о региональном фоновом содержании загрязняющих веществ. К настоящему времени детально исследовано содержание и профильное распределение тяжелых металлов (ТМ) в почвах таежных экосистем Европейского Северо-Востока, установлены нормативы фонового содержания ТМ и углеводородов в почвах южных районов Республики Коми. Попытка установить фоновые значения ТМ, мышьяка и углеводородов в основных типах почв Большеземель-ской тундры была предпринята исследователями из Института биологии Коми научного центра УрО РАН и Архангельского государственного технического университета [2]. Ими было показано, что почвы обследованной территории характеризуются низким уровнем содержания свинца, меди, низким и средним - никеля и цинка, средним и повышенным - кадмия и мышьяка.
В отношении нефтепродуктов ситуация не простая. ПДК нефтепродуктов в почвах в большинстве стран не установлены, так как ПДК зависит от сочетания многих факторов: типа, состава и свойств почв и грунтов, климатических условий, состава нефтепродуктов, типа растительности, типа землепользования. Эти нормы должны вырабатываться для конкретного района и для конкретного типа почв, на основе анализа множества данных о воздействии нефтепродуктов на различные компоненты экосистем и на здоровье человека.
15 декабря 2011 г. в НАО утверждены нормативы допустимого остаточного содержания нефтяных углеводородов и продуктов их трансформации в почвах и донных отложениях (ДОСНП и ДО) на территории НАО [3]. Разные подтипы почв, а также их генетические горизонты имеют свои предельные показатели. Так, допустимое остаточное содержание нефти и продуктов ее трансформации в почвах и грунтах НАО после проведения рекультивационных работ на землях сельскохозяйственного назначения не должно превышать 5 г/кг для подстилки (О) органогенных почв и 15 мг/кг для торфяного горизонта (Т) торфяных почв. Для постлитогенных почв (глееземы и подбуры) норматив зависит от гранулометрического состава и варьирует от 2 г/кг в нижних почвенных горизонтах CG, BHF) до 11 г/кг в верхних 7). На техногенных почвенных образованиях и минеральных грунтах любого гранулометрического состава допустимое значение нефтепродуктов - 1 г/кг. Также установлены нормативы для земель лесного фонда, особо охраняемых территорий и земель промышленности. Учитывая то, что для нефтепродуктов в России не установлена ПДК в почвах, разработка нормативов ДОСНП и ДО является большим достижением в сфере нормирования качества окружающей среды.
Экологическое состояние почв после техногенных воздействий часто определяют на основе оценки загрязненности ТМ, нефтепродуктами, а также засоленности. При этом зачастую не уделяется должного внимания оценке плодородия почв, от которого в последующем зависит качество растительного покрова. Особенно это актуально для НАО, где более 90% территории составляют земли сельскохозяйственного назначения.
Цель исследований - проведение агроэкологической оценки почвогрунтов техногенно нарушенных тундровых
земель для разработки эффективных приемов биологической рекультивации в Ненецком автономном округе.
Объект исследований - почвогрунты техногенно нарушенных тундровых земель Большеземельской тундры и о. Колгуев. Всего в полевых условиях обследовано 37 площадок буровых скважин, ликвидированных в разные годы. Производили отбор проб почвогрунтов на почвенный, агрохимический анализ и содержание ТМ, мышьяка и нефтепродуктов, отбирали также фоновые пробы почв на ненарушенных землях на расстоянии не менее 500 м от ближайшего техногенного объекта. В процессе исследований изучали геоморфологические, гидрологические и геокриологические условия, проводили GPS-привязку, описывали прилегающую растительность и почвы. Обобщали данные, полученные в ходе полевых обследований нарушенных земель за несколько лет, и проводили статистическую обработку. Химический анализ проб выполняли специалисты Станции агрохимической службы «Архангельская».
Степень загрязнения ТМ определяли сопоставлением их концентраций в исследуемом материале с региональными фоновыми значениями [2], а также с установленными ПДК и ОДК [4, 5]. Интегральную оценку степени загрязнения ТМ выполняли по суммарному показателю загрязнения [6].
Исследованиями были охвачены нарушенные земли ликвидированных промышленных объектов, выполненных на насыпном грунте и на естественных почвогрун-тах. Как показывают наблюдения, состояние нарушенных земель зависит от срока временного масштаба антропогенного воздействия, наличия или отсутствия насыпного минерального грунта, свойств почвогрунтов, вида растительной ассоциации.
Насыпные грунты современных буровых площадок, согласно Классификации и диагностики почв России (2004), не являются почвами в Докучаевском смысле этого понятия, поскольку в них не сформированы генетические горизонты [7]. Такие грунты принято считать техногенными поверхностными образованиями (ТПО). Среди ТПО на территории НАО в местах геологоразведочных работ встречаются литостраты (грунтовые площадки, создающиеся для расположения промышленных объектов) и абролиты (карьеры, месторождения песча-но-гравийных смесей - ПГС).
На обследованных буровых площадках насыпь занимает в среднем 75% от общей площади нарушенного участка, остальную часть занимают естественные (природные) органогенно-минеральные почвы, нарушенные в результате многократного проезда и разворотов гусеничной техники. В границах насыпи растительный покров полностью отсутствует, за пределами - растительный покров и почвенный горизонт уничтожены на площади 70-90%. Глубина сезонного оттаивания грунта по сравнению с ненарушенными участками увеличена на 11-25 см.
Характер насыпного грунта буровых площадок зависит от месторождения ПГС, материал с которого использовался для создания насыпи. Механический состав грунта может изменяться от песчаного до среднесуглинистого, а также включать гравий в диаметре до 10 см. По степени кислотности почти все литостраты имеют слабощелочную реакцию среды, степень насыщенности основаниями - более 95%. Среднее содержание подвижного фосфора в грунтах высокое - 188 ± 85 мг/кг; содержание подвижного калия в среднем по литостратам буровых площадок повышенное - 149 ± 79 мг/кг. Концентрация органического вещества в пробах почвы составляет в среднем 1,21 ± 0,66%.
В результате обследования буровых площадок 80-90-
х годов выявлено, что обустройство скважины и разведочные работы проводили без создания насыпи из минерального грунта под фундамент. Биологическую рекультивацию почв в ее правильном исполнении [8] после окончания работ не проводили. За время, пройденное после консервации (ликвидации) скважин, растительные сообщества частично восстановились. Территория засорена металлоломом, химреагентами, тарой (порванные мешки с бентонитовой глиной), строительным и бытовым мусором. Несмотря на то, что в ходе геологоразведочных работ почвы на большей части площадки были полностью уничтожены, за 20 лет сформировался первичный почвенный профиль. Процессы почвообразования зависят от расположения участка в рельефе, растительности, подстилающих грунтов и климата.
По гранулометрическому составу почвогрунты буровых площадок 80-90-х годов изменяются в широком диапазоне от связнопесчаных до тяжелосуглинистых. Кислотность выше, чем на литостратах, и составляет в среднем 5,6. Среднее содержание подвижного фосфора в грунтах высокое - 197 ± 73 мг/кг, содержание подвижного калия в среднем повышенное - 172 ± 67 мг/кг. Обеспеченность почв органическим веществом составляет 3,58 ± 2,22%. В целом агрохимические показатели грунтов для произрастания многолетних трав благоприятные, содержание подвижных форм фосфора и калия достаточное, однако требуется дополнительное внесение азотных удобрений.
Исследования экологического состояния показали, что концентрация ТМ в почвогрунтах нарушенных земель зависит от гранулометрического состава. Средний суммарный индекс загрязнения в грунтах с легким механическим составом в 4-5 раз меньше, чем в грунтах с тяжелым механическим составом. Содержание ТМ и мышьяка в грунтах находится в пределах установленных ПДК и ОДК. Имеются единичные случаи незначительного превышения нормативов. Загрязненность почвогрунтов ТМ и мышьяком не зависит от временного масштаба проведения буровых работ, а также наличия или отсутствия насыпи под фундамент. В некоторых случаях высокий суммарный индекс загрязнения связан не с производственной или промышленной деятельностью, а с особенностями материала, которым возводили насыпь или характером почвообразующих пород.
Содержание нефтепродуктов в почвогрунтах буровых площадок без насыпного основания в 5-6 раз превышает содержание их на площадках с насыпным грунтом. Наиболее загрязнены на буровых площадках участки вокруг устья скважин и в местах нахождения шламовых амбаров. На некоторых объектах концентрация нефтепродуктов достигала 26 г/кг, что в 1000 раз выше фоновых значений. Загрязненность почв ТМ, мышьяком и нефтепродуктами напрямую зависит от экологической чистоты производства (разливы нефти, пластовых вод и буровых растворов и др.).
Необходимо отметить один из наиболее характерных для площадок скважин химических поллютантов - бентонит, используемый при буровых работах. Основными факторами, лимитирующими рост и развитие растений в загрязненных бентонитом экотопах, являются фитоток-сичность компонентов, входящих в его состав (микроэлементы и соли) и щелочная реакция среды (среднее значение рН 8,6) [9].
Содержание органического вещества в литостратах (1,21±0,66%) ниже, чем в грунтах буровых площадок без отсыпки (3,58±2,22%). По обеспеченности подвижными формами фосфора и калия почвогрунты относятся к 5 категории (высокое содержание) [10]. Кроме того, на
некоторых буровых площадках замечено аномально высокое содержание подвижного калия (от 1082 до 10200 мг/кг), что связано с разливом бурового раствора или пластовых вод во время проведения геологоразведочных работ. Почвам с аномально высоким содержанием подвижного калия свойственна очень низкая обеспеченность подвижным фосфором (от 1 до 43 мг/кг).
В целом почвогрунты нарушенных в результате техногенного воздействия земель пригодны для проведения биологической рекультивации. Исключение составляют грунты, сильно загрязненные нефтепродуктами, бентонитом, буровыми растворами или пластовыми водами, которые требуют предварительной биологической очистки (санации). При условии отсутствия внештатных ситуаций во время проведения геологоразведочных и добычных работ, которые могут вызвать разливы нефти и распространение других токсикантов, на рекультивированных землях с устойчивым растительным покровом разрешается проводить выпас оленей.
Литература
1. Солнцева Н.П. Добыча нефти и геохимия природных ландшафтов. - М.: Изд-во МГУ, 1998. - 370 с.
2. Дымов А.А., Лаптева Е.М., Калашников А.В., Денева С.В. Фоновое содержание тяжелых металлов, мышьяка и углеводородов в почвах Большеземельской тундры // Теоретическая и прикладная экология, 2010, № 4. - С. 43-48.
3. Региональные нормативы допустимого остаточного содержания нефтяных углеводородов и продуктов их трансформации в почвах и в донных отложениях водных объектов на территории Ненецкого автономного округа: постановление Адм. Ненец. авт. окр. от 15 декабря 2011 г. № 293-п.
4. ГН 2.1.7.2041-06. Предельно допустимые концентрации (ПДК) химических веществ в почве.
5. ГН 2.1.7.2042-06. Ориентировочно-допустимые концентрации (ОДК) химических веществ в почве.
6. Методические рекомендации по выявлению деградированных и загрязненных земель: Письмо комитета Российской федерации по земельным ресурсам и землеустройству от 27 марта 1995 г. № 3-15/582.
7. Классификация и диагностика почв России / Авторы и составители Л.Л. Шишов, В.Д. Тонконогов, И.И. Лебедева, М.И. Герасимова. - Смоленск: Ойкумена, 2004. - 342 с.
8. Семенцов А.Ю., Антипов Б.В., Прохоров И.С., Мизгирев Н.С., Башкин В.Н. Применение суперкомпоста «ПИКСА» для очистки почв, загрязненных нефтепродуктами // Защита окружающей среды в нефтегазовом комплексе, № 10, 2006. - С. 14-18.
9. Разработать систему мониторинга за состоянием растительности оленьих пастбищ на основе многозональной космической съемки в условиях Европейского Севера Российской Федерации (заключительный отчет) / ГНУ Нарьян-Марская СХОС Архангельского НИИСХ Россельхозакадемии. - Нарьян-Мар, 2010, 151 стр.: ил. - Отв. исполн. Лавриненко И.А.
10. Агрохимия / Под ред. Ягодина Б.А. - М.: Колос, 2002. -584 с.
