CC BY
24
БИОГЕОХИМИЯ
УДК 504.05
ГЕОХИМИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ВЕРХОВЫХ И ПЕРЕХОДНЫХ БОЛОТ В УСЛОВИЯХ ВОЗДЕЙСТВИЯ ШЛАМОВЫХ АМБАРОВ
С.А. Козлов, Н.А. Аветов, А.Т. Савичев
Шламовые амбары являются серьезной экологической проблемой нефтегазовых месторождений ХМАО — Югры (Западная Сибирь). Содержащийся в них буровой шлам приводит к химическому загрязнению болот. В рамках данной работы обследованы участки, примыкающие к семи шламовым амбарам. Определено содержание макро-, микро- и редкоземельных элементов в торфе ненарушенных верховых болот средней тайги Среднего Приобья, проведено сравнение полученных показателей с имеющимися данными по фоновым концентрациям и кларкам. Концентрация макро- и микроэлементов в торфе фоновых площадок месторождений Сургутского Полесья выше, чем на аналогичных площадках Самотлорского месторождения.
Шламовые амбары приводят к увеличению концентрации всех исследованных макро- и микроэлементов в торфе. Наиболее активно в импактных зонах накапливаются такие макроэлементы, как хлор, калий, марганец и железо, из микроэлементов — бром, стронций, никель и рубидий. Последние сосредоточены в поверхностном горизонте торфа, тогда как накопление макроэлементов более специфично. Шламовые амбары приводят к увеличению рН водной суспензии торфа на 1—3 единицы, его зольности — более чем в три, электропроводности водной суспензии — в 7 раз. На территории Самотлорского месторождения воздействие шламовых амбаров на болота выражено значительно сильнее, чем на месторождениях Сургутского Полесья, что может быть связано с разной историей их освоения. Они существенно изменяют геохимическую обстановку верховых болот, создавая условия для появления мезо- и эвтрофной растительности.
Ключевые слова: торф, концентрация элементов, химическое загрязнение, троф-ность болот.
Введение
ХМАО — Югра является важнейшим нефтегазодобывающим регионом, где извлекается около 57% нефти, добываемой в России и 7,2% от мировой добычи [30, 31]. Вместе с тем начавшееся в середине 1960-х гг. развитие нефтегазодобывающего комплекса в Среднем Приобье привело к масштабным нарушениям экосистем [7, 32]. Традиционно отходы бурения складируются в специально подготовленных котлованах глубиной до 3—4 м — шламовых амбарах, которые должны препятствовать попаданию токсичных веществ в окружающую среду [4, 27]. Однако во многих случаях эти сооружения становятся источниками вторичного загрязнения [22, 34, 36]. В ХМАО — Югре насчитываются тысячи шламовых амбаров, а высокая степень заболоченности территории создает благоприятные условия для выноса и распространения загрязняющих веществ, что представляет серьезную угрозу для речных, озерных и болотных экосистем [3, 15, 18, 30]. Утечки могут происходить при переполнении их талыми и дожде-
выми водами, а также при разрушении обваловки и гидроизоляции [7, 27, 30]. При утечках шламовые амбары загрязняют почвы, поверхностные и подземные воды нефтяными углеводородами, хлоридами, сульфатами и тяжелыми металлами [7, 33]. (Миграция органических и минеральных поллю-тантов в таежных почвах Западной Сибири подробно освещена в монографии Н.П. Солнцевой [28].) Широкое распространение торфяных болот в Среднем Приобье, а также высокая сорбционная способность торфа обусловливают важность торфяных почв как объекта исследований при изучении динамики загрязнения региона индустриальными отходами [12].
Несмотря на то, что отдельные аспекты негативного влияния шламовых амбаров на компоненты природной среды обсуждаются в научной литературе [7, 16, 25], сведения об экологическом состоянии и динамике экосистем Среднего При-обья остаются фрагментарными [18, 32]. Особенно они скудны в сфере геохимической трансформации болот под влиянием техногенных потоков со стороны шламовых амбаров. Цель настоящей
работы — оценка химического загрязнения торфяных почв верховых и переходных болот Среднего Приобья под влиянием шламовых амбаров.
Объекты и методы исследования
Исследования проводились в подзоне средней тайги Среднего Приобья летом 2010—2013 гг. на месторождениях Самотлорском (САМ) и Сургутского Полесья (СУР) (Западно-Сургутское и Русскинское). Обследовано семь ключевых участков, прилегающих к различным кустовым основаниям. На них по линии стока от амбаров в зависимости от характера растительного покрова были выделены три площадки площадью 100 м2: фоновая (ненарушенная), буферная (средней нарушен-ности) и импактная (сильной нарушенности).
Исходные ландшафты участков, прилегающих к шламовым амбарам. Самотлорское месторождение: амбар 4303 — олиготрофный грядово-средне-мочажинный комплекс; амбар 1701 — мезотрофное сосново-кустарничково-травяно-сфагновое болото; амбар 1726 — олиготрофное сосново-кустарнич-ково-сфагновое болото; амбар 469 — олиготрофное мелкозалежное сосново-кустарничково-сфаг-новое болото. Западно-Сургутское месторождение: амбар 173 — олиготрофный грядово-среднемоча-жинный комплекс; амбар 172 — олиготрофный озерково-грядово-мочажинный комплекс. Русскинское месторождение: амбар 10 — приозерный олиготрофный грядово-мочажинный комплекс.
Отбор и химический анализ образцов торфа. На каждом ключевом участке в пределах выделенных площадок с глубин 0—10, 10—50 и 50—100 см с помощью почвенного бура методом конверта были отобраны образцы торфа. Суммарно по линии стока от амбаров — 64 образца. Кроме того, на ненарушенной территории у оз. Вильент (САМ) — три фоновых с тех же глубин.
Определение pH, удельной электропроводности и приготовление золы проводили по стандартным методикам [2]. Анализы золы выполнялись на ЭДРФА Respect [23, 24].
Описательная статистика данных выполнена в программах SAS 9.4 и MS Excel; графические анализы данных — в программах Canoco 5 и R-Studio.
Результаты и их обсуждение
Анализ данных (рисунок, а) демонстрирует существенные различия в аккумуляции макроэлементов между месторождениями. На Самотлорском месторождении наблюдается выраженный градиент по увеличению их концентрации при движении от фоновых до импактных площадок. Первая ось (ГК 1) объясняет 69,08% вариации. Наиболее значимы для нее SiO2 (0,974), Al2O3 (0,912), Fe2O3 (0,870), TiO2 (0,866). На фоновых площадках наблюдается слабая вариация в содержании макро-
элементов. На буферной площадке вариация увеличивается преимущественно за счет О и K2O, которые наиболее значимы (0,911 и 0,757 соответственно) для второй оси (ГК 2), объясняющей 21,96% вариации. Для месторождений Сургутского Полесья существенных различий между фоновыми, буферными и импактными площадками не наблюдается, причем вариация в содержании макроэлементов в торфе фоновых и буферных площадок намного больше по сравнению с соответствующими значениями, полученными для Самотлорского месторождения. Можно говорить только о слабо выраженном увеличении концентрации №20 в торфе буферных и импактных площадок.
Распределение микроэлементов на фоновых и буферных площадках САМ характеризуется значительно большим варьированием по сравнению с макроэлементами. Наблюдается тренд в сторону увеличения концентраций всех элементов при движении от ненарушенных площадок к нарушенным (рисунок, б). У месторождений СУР пределы варьирования концентрации микроэлементов таковы, что дифференциации по площадкам не наблюдается. Оси ГК 1 и ГК 2 описывают 75,23 и 11,38% общей вариации соответственно. Для оси ГК 1 наиболее значимы ЯЪ (0,964), N1 (0,924) и 8г (0,901), для оси ГК 2 - N (0,505), 2г (0,490) и Вг (0,448).
Торф фоновых площадок (табл. 1) отличается высокой концентрацией МпО (в среднем 44,31 мг/кг) и несколько повышенной (по сравнению с кларком [8]) — Fe20з (в среднем 0,23%), что отражает биогеохимическую особенность верховых болот Западной Сибири [19]. Для этого региона неоднократно было отмечено повышенное содержание в торфе марганца, составляющее 3,6—886 мг/кг (в среднем 184) абс. сух. в-ва, и железа, варьирующее в пределах 0,08—0,4 и даже 0,04—2% [20]. Концентрация железа и марганца в водах, дренирующих болота Западной Сибири, превосходит таковую этих элементов в атмосферных осадках [8]. В кислых болотах марганец находится в виде Мп2+ и легко передвигается с водными растворами [5]. В тоже время, полученные нами значения концентрации МпО на фоновых территориях намного ниже ландшафтного геохимического фона [29]. Для М£0, Р205, 803, К20 и СаО превышений средних значений концентрации не наблюдалось. Торф фоновых территорий содержит примерно в 1,5 раза больше ТЮ2, а также отличается несколько повышенной концентрацией 8Ю2, что наиболее вероятно связано с эоловым переносом песка от насыпных кустовых оснований. Концентрация №20 примерно в 10 раз превышена по сравнению с верховым торфом южно-таежной зоны Западной Сибири. Это может быть связано с характерным для нефтегазовых месторождений подвижным и агрессивным хлоридно-натриевым засолением. Буровые
Метод главных компонент. Распределение макро- и микроэлементов в торфе площадок разной степени нарушенности. Стрелки — увеличение их концентрации (а — в процентах, б — в мг/кг в пересчете на абс. сух. в-во)
и тампонажные растворы с общей минерализацией 1—2 г/л попадают в окружающую среду из шламовых амбаров путем фильтрации через обваловки или при их разрушении, а также во время паводков, что приводит к растеканию растворов по линиям поверхностного стока на расстояния до нескольких километров [10]. В торфяных почвах и торфах хлор выносится водой [5]. Воды р. Ва-тинский Ёган, протекающей по территории Самотлорского и Ва-тинского месторождений, содержат повышенное количество хлоридов, сильно превышающее средний уровень по региону [11].
Фоновые площадки имеют околокларковые концентрации &, №, Pb, Sr и Y, но повышенные — 2п, ^ и 2г (табл. 2). Повышенные концентрации меди уже отмечались ранее для олиготрофных торфяных почв Верхнего Казыма [20]. Торф прочно фиксирует ионы этого металла путем образования координационных связей с кислородом функциональных групп и выполняет роль фильтра, задерживающего поступающую из атмосферы медь [8, 13]. По сравнению со средними концентрациями торф ненарушенных площадок обеднен Ga, As, Br, Rb, ^ 2г и №.
Содержание лантанидов в торфах изучено очень слабо. Настоящее время можно рассматривать как этап накопления эмпирических данных об их количестве здесь без какой-либо оценки средних величин и тем более анализа детерминирования содержания отдельными факторами техногенного воздействия. По [13], повышенные концентрации La, Ce, Sm, Eu, ТО установлены в воздухе индустриальных и урбанизированных областей и их поступление в окружающую среду связано, вероятно, с сжиганием углей при производстве материалов для атомной энергетики. В образцах торфа на фоновых площадках концентрация La, Ce, Pr, Sm в несколько раз ниже средних значений в почвах, но при этом концентрация La, Ce, Sm в несколько раз пре-
Верховой торф Импакт Буфер Фон Площадка, глубина, см
^л о о о о ^л о о о ^л о о о о ^л о о о ^л о о о о ^л о О о
ю чо * ю 2
о о ОО Ю чо чо ач о чо о ач о ^ о о о о о -12. сред. б
42. О ^л ач ач ^л о О о ач ^ к -12. о к ОС о к ^л макс.
О о -12. о о ^л О ^ о о ^ о о ю О о о о ю о о ю о о ^л 1 мин.
оо -12. ач ач чо ОС о к) чо о к о '-12. о о о чо о о ОС о ю Й ь
о о о чо О ач ю 1л о 1л ^ о к) о ач о ^ о к о к оо о ач ^ сред. СаО, %
ач ю ач оо ^л о о ф. чо ач о ^Л о -12. ач макс.
о ач о 1л чо к) о о к о о оо о к ^л О ю О о о 1 мин.
о ач -12. о оо ач о о -12. о ю о о о ОС о к о ач Й ь
5260-9228 чо и« 1213,20 874,29 1400,98 279,61 313,47 582,18 199,64 239,06 531,03 сред. Н О ? я
5294,78 1856,93 3392,89 460,55 555,30 2922,83 446,36 996,13 3954,87 макс.
124,81 284,70 512,12 66,42 82,41 68,99 55,93 53,86 38,54 1 мин.
2282,58 611,20 956,68 169,27 196,04 1037,59 135,47 315,66 1284,91 Й ь
243-957 ю и> 118,66 382,39 598,97 29,44 48,19 128,32 16,67 28,90 87,36 сред. МпО, мг/кг
270,76 875,14 1584,26 37,85 105,46 308,48 ач 122,98 294,96 макс.
27,85 31,25 191,42 16,24 18,76 36,06 ^л ю К) ОО ОС 1 мин.
101,15 407,08 461,64 чо '-12. ^Л 32,66 95,63 10,70 39,06 97,44 Й ь
о К) и« о чо о о оо о ач о чо о о О -12. о чо о ^ о ю о ^ о '-12. сред. ч о О
-р. 1л ^л ач О к ю о о о о о ^л '-12. макс.
о о ОО О О ОС о оо о о о о о о ^ о о ^ О О ю О о 1 мин.
о оо ОС ЧО ЧО ^л о о ач о ю о ^л о о о к -12. о ач Й ь
■54
Верховой торф Импакт Буфер Фон Площадка, глубгша, см
^л о о о О ^л о о о ^л о о о о ^л о о о ^л о о о о ^л о о о
ю чо * ю чо
о о ю о к ^ о -12. о к -12. о ач о к о о чо о о о о к -12. о •а о й 2 » б
о 1л чо О к оо О ^Л о 1л о ач чо о ЧО ^л о к ^л о 1л ю о ^ ё
о о ^л о о ^л О о ^ о о ю о о ^ о о о о о о о о о о
о к о о чо о О о к о о к -12. о '-12. ю о о ОС о о ф. о й ь
о ю о к о к о о ф. о о о О о чо о к чо о о ^л о о ОС о о •а МяО, %
о оо ач о '-12. ^л о ЧО чо о о оо о ач оо о о ^ ^л 8
о о ю о о ОС о о о о ^ о о ю о о ^ о о ю о о о о ю
о о ач о ач о о ^ о о о к ач о о ^ о о о ^л Й ь
ОО 1л ю ^л о ач ю о ач чо о ач о -12. о ф. ОС к ю о •а £ о
1л ач оо ^ к о ач -12. ^л Ю о чо чо ю ё 8
о о ач о ач о о о ю О О о о о о о ОС о о ач X
^ к ю о чо ю О чо о ^л о -12. ю о ач о -12. о ^ чо й ь
1л о оо к ^л о оо о 1л ^л ач оо о к чо ^л ф. ю ^л ОС о •а о й СЯ О ^
^Л чо 21,50 ^л ач оо ач ^л ОС ЧО чо ^ чо ф. ю ^ чо ЧО ОС й о
ач -12. 1л Ю к оо о ЧО ^ о ЧО ю о ач о ф. о '-12. ю о ^л
42. О ^ ач оо ач ач чо ^ чо ач ю ОС ю 1л о чо ю чо чо ЧО чо й ь
0,15-0,29 о о О ю о ю о ф. ач о ^ о ач о чо о о о о ^ о •а о й О
о чо о 1л о о оо о к чо о чо о к о о к -12. й о
о о о о к о О к о о о о о о о о ^л о о -12. о о ^
о о о ю о к о о -12. о о ОС о о о ^л о о ^л о о ОС й ь
о к о ^л о Ю о к -12. о к чо о ф. о о ач о оо о ю о •а о й ся О
о чо ^л ач ^л ОО ач О ф. ю о 1л ач о о к чо о 1л о о ач £ о
о о ач о чо о ^л о ач о о о ОС о о -12. о о ач
о '-12. ач о 1л ОС о о -12. о чо о о о ^л о ф. й ь
ач ^ ^ ач чо ОС о к ^ О ^Л о к о о о о о о ОС о •а С1, %
о чо чо чо о ач оо 1л ю О оо о о оо о о ^л о о ач о к ^л ё 8
о о о о о о о чо о о о о о о о о -12. о о о о о о о о о
42. ^л 42. к оо ^ о о 1л о о ю о -12. о о ю о о ю о о ОС Й ь
■е-
»
»
СТ1 й а
к
»
Верховой торф Импакт Буфер Фон Площадка, глубина, см
^л о о о о ^л о о о ^л о о о о ^л о о о ^л о о о о ^л о о о
ю \о * чо 3
9-14,2 О OS о ю 10,55 к оо -р. о оо Оч оо о о чо Оч Оч ^л 1л чо сред. 3
-J ю 17,13 17,54 Оч чо ^л 13,95 Оч ю Оч к Оч 13,52 макс.
о о о о *-Р. ^л Ъ\ OS о "Lo о 1л о о Оч о ю о оо о к ю 1 мин.
ю Оч Оч ^л К) о ю 1л о оо о оо ^л '-р. чо ^л Й ta
оч о оо о 10,28 22,66 чо -р. Оч ^л -J 1л ю о Оч к чо Оч ЧО сред. g
27,08 23,38 50,82 О чо о 16,50 '-р. чо о 38,53 макс.
о к) чо о о о Оч ЧО -р. о 1л -р. о к Оч о о о о о о о к Оч 1 мин.
11,25 10,27 15,83 к -р. чо К) 1л о чо 12,10 Й ta
ю OS OS ЧО чо оч 65,96 124,72 375,23 15,28 28,63 70,97 10,49 19,73 37,74 сред.
253,21 332,63 1027,89 19,51 34,92 228,25 38,64 104,84 145,67 макс.
12,28 17,76 77,81 11,88 17,43 оо ю о оо Оч о чо о к 1 мин.
105,07 127,40 357,71 Ъо Оч к -р. 72,79 12,74 35,13 56,42 Й ta
5,4-10,8 о к -J о О О Ъ\ ОО о Оч к о 1л ^л о Оч оо 1л сред. ►с
о OJ 30,26 -J Оч Оч ^J ^л 1л о оо "Lo оо 12,04 макс.
о о о о ^л о к О О О о о о о о о о о о о о о о о о 1 мин.
*-Р. ю 12,97 о о V L/л о к чо о Оч Оч ЧО Й ta
78-204 -12. ю 25,81 24,34 45,13 оо Ъо L/Л 11,44 42,18 -р. о оо оо '-р. 26,12 сред. N
114,32 74,28 95,06 28,81 34,72 262,43 17,17 45,81 219,11 макс.
к> ^л 1л чо о о о "Lo Оч ю Оч о к о о "Lo о о к ю 1 мин.
49,52 29,54 38,01 11,49 о 97,18 ^л ЧО 15,43 72,39 Й ta
4,6-7,5 о о к ю о ю о '-р. -р. о 1л оо о к о к ю о "Lo ^л о оо о сред. о"
^л о oj Оч _-Р. ЧО Оч о ЧО Оч к ЧО о оо Оч чо Оч Оч ю макс.
о о о о о о о о о о о о о о о о о о о о о о о о о о о 1 мин.
ю к) о Оч -р. оо оо о '-р. о о 1л Оч '-р. о к -р. о Оч о чо Й ta
Верховой торф Импакт Буфер Фон Площадка, глубина, см
о о о о ^л о о о ^л о о о о ^л о О о и« о о о о ^л о о о
ю чо * чо СТЧ
24-50 ю '-р. -р. о чо L/л чо о -р. 13,73 Оч 1л -р. \о Ъо к чо ЧО сред. О
13,74 25,12 43,00 оо Оч ю чо о оо 53,82 о к« 32,99 макс.
о Ъо оо о -р. "Lo о о о о о 1л -р. о "Lo О ЧО о к ^л о оо 1 мин. 1
чо '-р. ^л 13,29 '-р. ю чо 19,51 V чо '-р. чо 10,62 Й ta
6,5-14,7 о -р. о as "as Lfi 19,13 21,75 "Lo -р. о о -р. о Оч Ъл чо ю о оо ю сред.
16,04 70,15 73,06 1л ^л 10,21 К) чо -J чо чо 22,87 макс.
k оо Оч -р. Оч '-р. оо о Оч о о о "Lo Оч о as о к о о к о 1 мин.
Оч k о 29,01 22,48 к 1л -р. к -р. К) ьо Оч к ^л Й ta
20,2-36,5 ю к ю ^л 1л Оч оо 10,66 "Lo ю оо к V к« оо -J к ю сред. Q
10,53 12,29 17,90 ^л к Оч оо Оч -р. Ъл ю Оч '-р. 19,54 1макс.
о ЧО о о о о Оч чо о Оч Оч о Оч -р. о ЧО Оч о о к о к 1 мин.
ЧО -р. _-р. оо -р. _-р. оо о ю '-р. к К) L/л к« оч ЧО ^л Й ta
чо ^л о о к ^л о ю Оч 16,48 36,36 56,51 14,69 11,54 23,56 оо Ъл оо о 23,86 сред. N
27,08 76,57 97,31 18,56 24,02 44,21 14,25 16,60 51,25 макс.
Оч Оч -р. чо 23,78 10,12 чо as '-р. Оч "Lo оо ю '-р. о чо 1 мин.
чо '-р. Оч 29,42 25,55 о as 12,09 _-р. Оч оо Оч к Оч 18,01 Й ta
5,8-10 ю о Оч оо о ^ чо о Оч ^л о чо чо о Оч о '-р. о Оч чо Оч сред. 0 »
1л ЧО оо Оч оо о к Оч чо чо Оч о к о 12,04 макс.
о о о о о о о ЧО о о о о и> о о о о о о о о о о о о 1 мин.
о Оч к ^л "Lo о о 1л оо о Ъо L/л о 1л о 1л ^л о чо ю Й ta
чо Оч о о о чо о "Lo -р. о V о 1л оо о к ю о к о о '-р. сред. йг
о к оо ю к о ю о о о 1л о 1л Оч о чо ю о макс.
о о о о о о о Оч чо о о о о о о о о о о о о о о о о о о 1 мин.
о ^л о ЧО Оч о чо о к оо о К) чо о 1л ю о оо о к о к оо Й ta
о 17,41 30,92 74,50 '-р. Оч V оо 14,79 к о ЧО оо -J к чо сред. »
68,95 92,36 194,70 10,74 14,94 28,91 '-р. чо чо к ю 24,26 макс.
о к ^л о Оч -р. 18,17 о оо -р. К) ьо ю о Оч о ю о о 1 мин.
29,15 38,42 64,43 о ю L/л 10,14 1л о о чо оо к ^л Й ta
■е-
»
н
»
CTl й а
к
»
ю
Таблица 3
Содержание редкоземельных элементов в образцах торфа (абс. сух. в-во), мг/кг
Площадка, глубина, см Ьа Се Рг N(1 вт
сред. макс. мин. 50 сред. макс. мин. 50 сред. макс. мин. 50 сред. макс. мин. 50 сред. макс. мин. 50
Фон 0-10 4,03 15,65 0,07 7,75 6,79 26,49 0,11 13,13 1,07 4,21 0,00 2,10 3,06 12,04 0,00 5,98 2,41 2,41 2,41 —
10-50 4,15 4,15 4,15 — 6,76 6,76 6,76 — 1,08 1,08 1,08 — 2,92 2,92 2,92 — 0,77 0,77 0,77 —
50-100 1,45 1,45 1,45 — 2,11 2,11 2,11 — 0,39 0,39 0,39 — 0,90 0,90 0,90 — 0,20 0,20 0,20 —
Буфер 0-10 2,95 10,21 0,41 4,85 3,88 13,36 0,55 6,32 0,11 0,20 0,00 0,10 1,58 5,50 0,20 2,61 — — — —
10-50 2,39 2,39 2,39 — 3,31 3,31 3,31 — 0,53 0,53 0,53 — 1,46 1,46 1,46 — — — — —
50-100 1,15 1,15 1,15 — 1,63 1,63 1,63 — 0,31 0,31 0,31 — 0,73 0,73 0,73 — 0,21 0,21 0,21 —
Импакт 0-10 4,92 11,45 1,05 3,95 7,51 16,62 1,46 5,93 1,33 2,25 0,24 0,96 2,76 6,65 0,57 2,32 1,48 1,48 1,48 —
10-50 3,89 3,89 3,89 — 5,48 5,48 5,48 — 1,06 1,06 1,06 — 2,12 2,12 2,12 — 0,71 0,71 0,71 —
50-100 — — — — — — — — — — — — — — — — — — — —
Верховой торф [6] 0,8 — — — —
[9] 0,6 3,0 — — 0,11
[13]* 29,5-40 29,5-50 3-12 27,9-35 4,5-6,1
*Средняя концентрация в почвах.
вышала таковую в верховом торфе южнотаежной подзоны Западной Сибири (табл.3). Необходимы дополнительные исследования для оценки содержания лантанидов в верховых торфах Западной Сибири.
На импактных площадках в среднем в 86 раз по сравнению с фоновыми возрастает концентрация хлора, в 10 — К20, в 8 — МпО и в 7 раз Fe2Oз. Увеличение концентрации ^20 является наименьшим из всех макроэлементов (в 1,5 раза). Вероятно, оксид натрия распространяется равномерно на большие расстояния, в то время как хлор закрепляется в основном на прилегающих к амбарам территориях. На импактных площадках по сравнению с фоновыми в среднем в 12 раз возрастает концентрация брома, в 8 — стронция, в 5 — никеля и в 4 раза рубидия. Известно, что торф сорбирует соли бромидов и связывает бром, который не вымывается даже горячей водой и не выжимается ею под давлением [5]. В отношении ланта-нидов обнаружено, что в торфе импактных площадок примерно в 1,5 раза возрастает концентрация лантана, церия и празеодима, в то время как неодим и самарий имеют сходные с фоном концентрации.
Зольность верхового торфа ненарушенных болот составляет около 3—5% [6, 8, 14, 21, 26]. Как видно из табл. 4, поверхностные горизонты фоновых площадок характеризуются повышенным со-
держанием золы (8%). На импактных площадках зольность > 10%, и торф относится к высокозольной категории [17], что подтверждает сильное геохимическое воздействие шламовых амбаров. По оценкам [14], растения-торфообразователи обеспечивают содержание золы в торфе до 8—10%, а минеральное вещество, которого больше, наносное и поступает с водой и ветром. Нередко как на фоновых, так и на нарушенных площадках зольность превышает 50%, что фактически дает основание считать исследуемые образования органическими почвами или заторфованными грунтами, но не торфом [6, 17, 26].
Повышенная в 7 раз на импактных площадках удельная электропроводность водной суспензии торфа также указывает на поступление из амбаров растворимых веществ — солей и кислот. Возрастающая здесь на 1—3 единицы величина рН переводит их в категорию мезо- (рН 4—7) и даже силь-ноэвтрофных (рН 7—8,5) болот [35, 37, 38]. Значительное изменение кислотности может вызывать повышенное содержание таких элементов минеральной части торфа, как железо, сера и алюминий [26]. По сравнению с фоном концентрация Fe20з превышена в 7, — в 4, А1203 — в 2 раза. Однако основным регулятором кислотности торфа является кальций [26], концентрация которого (в форме СаО) на импактных площадках в 4 раза превышает фон.
Таблица 4
Физико-химические характеристики торфа
Площадка, глубина, см рН* Удельная электропроводность, мСм/см Зольность,%
сред. макс. мин. сред. макс. мин. 8Б сред. макс. мин. 8Б
Фон 0—10 4,34 4,61 3,92 0,09 0,17 0,03 0,06 8,18 60,20 1,05 17,35
10—50 4,17 4,98 3,89 0,08 0,15 0,05 0,04 4,04 15,37 0,92 4,76
50—100 4,10 4,71 3,96 0,09 0,23 0,04 0,08 2,84 6,24 0,94 1,62
Буфер 0—10 4,41 5,67 4,11 0,15 0,26 0,05 0,10 13,27 78,57 2,24 24,58
10—50 4,64 4,78 3,91 0,23 0,52 0,08 0,25 6,25 13,25 3,31 3,80
50—100 4,33 4,81 3,36 0,34 0,93 0,05 0,51 4,70 8,76 2,80 2,46
Импакт 0—10 5,61 7,22 4,49 0,27 0,79 0,02 0,36 24,28 45,05 3,30 15,59
10—50 5,25 5,50 4,52 0,79 2,22 0,05 0,91 23,05 45,85 4,96 17,75
50—100 4,73 6,62 3,61 0,90 2,90 0,01 1,20 16,93 50,14 3,57 19,81
Верховой торф [6] 3,5—4,5 — 4
[8] — — 2,8
[14] — — 3,5—5
[21] 4—4,5 — 3,0
[21] — — 3
[37] 3,5—4 — —
*Водная суспензия торфа.
Заключение
Торф фоновых площадок месторождений Сургутского Полесья больше обеспечен макро- и микроэлементами и отличается значительным варьированием в их содержании по сравнению с аналогичными площадками Самотлорского месторождения. В торфе импактных площадок возрастает концентрация всех исследованных макро- и микроэлементов. Наибольшее превышение по сравнению с фоном отмечено для хлора. Для микроэлементов характерно их накопление в поверхностном горизонте вне зависимости от степени нарушенности площадки. Для макроэлементов распределение более специфично и зависит от конкретного элемента.
Влияние шламовых амбаров на болотные экосистемы неравномерно. Самотлорское месторождение активно осваивалось в 1960—80-е гг. с применением токсичных буровых растворов, а рекультивация амбаров проведена через десятки лет. Благодаря этому они долгое время были источни-
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Аветов Н.А., Шишконакова Е.А. Понятие троф-ности в связи с антропогенной эвтрофикацией верховых болот Ханты-Мансийского Приобья // Бюл. почв. ин-та им. В.В.Докучаева. 2013. Вып. 71.
2. Аринушкина Е.В. Руководство по химическому анализу почв. М., 1970.
3. Бабушкин А.Г., Московченко Д.В., Пикунов С.В. Гидрохимический мониторинг поверхностных вод Ханты-Мансийского автономного округа — Югры. Новосибирск, 2007.
4. Базанов В.А., Савичев О.Г., Волостнов Д.В. и др. Влияние шламовых амбаров на геохимическое состояние болотных экосистем в бассейне реки Васюган // Изв. Томск. политех. ун-та. 2004. Т. 307, № 2.
5. Виноградов А.П. Геохимия редких и рассеянных элементов в почвах. М., 1950.
6. Глазовская М.А. Геохимия природных и техногенных ландшафтов СССР. М., 1988.
7. Гордеева Ф.В. Оценка токсичности воды и донных отложений водоемов и почв территории Тюменской области с использованием инфузории Paramecium caudatum: Автореф. дис. ... канд. биол. наук. Борок, 2010.
8. Добродеев О.П. Особенности биогеохимии тяжелых металлов верховых болот // Природные и антропогенно измененные биогеохимические циклы (Тр. биогеохим. лаб.). Т.21. М., 1990.
9. Езупенок Е.Э. Макро- и микроэлементный состав торфов южнотаежной подзоны Западной Сибири // Химия растительного сырья. 2003. № 3.
10. Ерохин Г.Н., Копылов В.Н., Полищук В.М., Токарева О.С. Информационно-космические технологии для экологического анализа воздействий нефтедобычи на природную среду: аналитический обзор // Серия «Экология». Вып. 71. Новосибирск, 2003.
11. Ефимова М.В., Стрих Н.И., Курбанов В.Ш. Воздействие нефтегазового комплекса на экосистемы Хан-
ками химического загрязнения, и выделенные нами фоновые, буферные и импактные площадки четко различаются по содержанию макро- и микроэлементов. Западно-Сургутское и Русскинское месторождения осваивались в конце 1980—2000-х гг. с применением менее токсичных буровых растворов, а рекультивацию амбаров проводили на следующий год после их обустройства. Фоновые и буферные площадки характеризуются большой вариабельностью в содержании макро- и микроэлементов и не различаются между собой и импакт-ными площадками. Однако наблюдается постепенное увеличение концентрации №20 при движении от фоновых до импактных площадок. Таким образом, шламовые амбары приводят к изменению геохимического состояния болотных экосистем Среднего Приобья: подщелачивают корнеобитаемый слой торфа и, повышая зольность, способствуют эвтрофикации, приводящей к смене олиготрофной растительности на более трофную, либо к полному выпадению сосудистых растений и мхов [1, 10, 16].
ты-Мансийского автономного округа — Югры // Науч. вед. Сер. Естеств. науки. 2011. № 3(98), вып. 14/1.
12. Инишева Л.И., Цыбукова Т.Н. Содержание тяжелых металлов в торфах Западной Сибири // Мелиор. и вод. хоз-во. 1996. № 2.
13. Кабата-ПендиасА., ПендиасХ. Микроэлементы в почвах и растениях. М., 1989.
14. Кац Н.Я. Болота и торфяники. М., 1941.
15. Ким Е.В., Андреев О.В., Рядинский В.Ю. Модель загрязнения водных объектов от шламовых амбаров // Вестн. Тюмен. гос. ун-та. 2010. № 3.
16. Козлов С.А., Аветов Н.А. Воздействие шламовых амбаров на видовой состав и структуру растительных сообществ верховых болот Среднего Приобья // Сибирск. экол. журн. 2014. № 3.
17. Лиштван И.И., Базин Е.Т., Гамаюнов Н.И., Те-рентьевА.А. Физика и химия торфа: Учеб. пособие для вузов. М., 1989.
18. Миляева Е.В. Влияние дорожных сооружений на болотные геосистемы лесотундровой и таежной зон Западной Сибири: Автореф. дис. ... канд. геогр. наук. Томск, 2013.
19. Московченко Д.В. Биогеохимические особенности верховых болот Западной Сибири // Геогр. и природ. ресурсы. 2006. № 1.
20. Московченко Д.В. Геохимические особенности ландшафтов бассейна р. Казым // Вестн. экол., лесо-вед. и ланшафтовед. 2012. № 12.
21. Перельман А.И. Геохимия ландшафта. М., 1975.
22. Пислегин Д.В., Соромотин А.В. Классификация площадок геологоразведочных скважин по степени опасности в Западной Сибири // Вестн. Тюменск. гос. ун-та. 2014. № 4. Науки о Земле.
23. Савичев А.Т., Водяницкий Ю.Н. Рентгеноради-ометрическое определение содержания лантанидов празеодима, неодима и самария в почвах // Почвоведение. 2011. №4.
24. Савичев А.Т., Сорокин С.Е. Рентгенофлуорес-центный анализ содержания микроэлементов и тяжелых металлов в почвах // Агрохимия. 2000. № 12.
25. Савичев О.Г., Бернатонис П.В., Бернатонис В.К. Геохимические условия размещения и утилизации отходов бурения в торфяно-болотных геосистемах Сибири // Вестн. Томск. гос. ун-та. 2013. № 375.
26. Сергеева М.А., Голубина О.А. Торф: химический анализ и основы комплексной переработки: Учеб. пособие. Томск, 2011.
27. Скипин Л.Н., Галямов А.А., Гаевая Е.В., Захарова Е.В. Техногенное воздействие шламовых амбаров на окружающую среду полуострова Ямал // Вестн. Красноярск. гос. аграр. ун-та. 2014. № 11.
28. Солнцева Н.П. Добыча нефти и геохимия природных ландшафтов. М., 1998.
29. Сорокина Е.П., Дмитриева Н.К., Карпов Л.К., Масленников В.В. Анализ регионального геохимического фона как основа эколого-геохимического картирования равнинных территорий (на примере северной части Западно-Сибирского региона) // Приклад. геохим. Экол. геохим. 2001. Вып. 2.
30. Соромотин А.В. Экологические проблемы нефтегазодобычи в Западной Сибири // Вестн. Тюменск. гос. ун-та. 2005. № 3.
31. Суворов В.И., Женихов Ю.Н., Панов В.В. и др. Актуальные вопросы использования торфа и болот. Тверь, 2012.
32. Усманов И.Ю., Овечкина Е.С., Юмагулова Э.Р. и др. Проблемы самовосстановления экосистем Среднего Приобья при антропогенных воздействиях нефтегазодобывающего комплекса // Вестн. Нижневарт. гос. ун-та. 2015. № 1.
33. Шарова О.А. Экологические аспекты процесса бурения и способы утилизации буровых отходов // Геол., геогр. и глобальная энергия. 2009. № 4(35).
34. French H.M. Terrain, land use and waste drilling fluid disposal problems, Arctic Canada // Arctic. 1980. Vol.33, N4.
35. Global Peat Resources / Ed. E. Lappalainen. Finland, Jyska, 1996.
36. Johnstone J.F., Kokelj S.KEnvironmental conditions and vegetation recovery at abandoned drilling mud sumps in the Mackenzie Delta Region, Northwest Territories, Canada // Arctic. 2008. Vol.61, N 2.
37. Rydin H, Jeglum J. The Biology of Peatlands. Oxford, 2006.
38. Wheeler B.D., Shaw S.C. Restoration of Damaged Peatlands. L., 1995.
Поступила в редакцию 25.12.2016
GEOCHEMICAL FEATURES OF OMBROTROPHIC BOGS
AND TRANSITIONAL MIRES UNDER INFLUENCE OF DRILLING WASTE PITS
S.A. Kozlov, N.A. Avetov, A.T. Savichev
Drilling waste pits are considerable environmental threat to oilfields in Ugra region (Western Siberia). Drilling wastes kept in the pits lead to chemical pollution of oilfields. In this research, we investigated adjacent areas to seven drilling waste pits. The concentrations of macro-, micro- and rare earth elements was investigated in pristine bog peat of middle taiga zone in Priobie region and the results were compared with the available reference data and clarkes for bogs. The concentrations of macro- and microelements in peat in pristine areas of oilfields in Surgutskoe Polesie is higher than in similar areas of Samotlor oilfield.
Drilling waste pits lead to increase in content of all investigated macro- and microelements in peat. Amongst macroelements Cl, K, Mg and Fe most actively accumulate in peat of disturbed areas and Br, Sr, Ni, Rb are the most active amongst microelements. Microelements accumulate in upper peat layer while the accumulation of macroelements is more specific. Drilling waste pits lead to 1—3 unit increase of pH of peat water suspension, three times increase of ash content in peat, seven times increase of electrocondactivity of peat water suspension. The influence of drilling waste pits is stronger on Samotlor oilfield compared to Sur-gutskoe Polesie oilfields. The reason for that could be the differences in histories of oilfield development. Generally, drilling waste pits considerably change geochemical conditions of bogs and provide conditions for meso and eutrophic vegetation establishment.
Key words: peat, concentration of elements, chemical pollution, mire trophy status.
Сведения об авторах
Козлов Сергей Александрович, аспирант каф. географии почв ф-та почвоведения МГУ им. М.В.Ломоносова. E-mail: [email protected]. Аветов Николай Андреевич, канд. биол. наук, ст. науч. сотр. каф. географии почв ф-та почвоведения МГУ им. М.В.Ломоносова. E-mail: [email protected]. Савичев Александр Тимофеевич, докт. с.-х. наук, зав. лабораторией физических методов изучения породообразующих минералов Геологического ин-та РАН. E-mail: [email protected].
