CC BY
60
С.Л. Блохина, В.П. Середина
ГУМУСНОЕ СОСТОЯНИЕ ФОНОВЫХ ПОЧВ КОНДАКОВСКОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ УГЛЕВОДОРОДНОГО СЫРЬЯ
Аннотация. Представлены результаты полевых и экспериментальных исследований почв Кондаковского нефтяного месторождения. Изучены фоновые почвы, качественный состав гумуса и особенности их гумусного состояния.
Ключевые слова: почва, гумусное состояние, нефтяное месторождение, бу-ферность.
В последние десятилетия в связи с открытием крупных нефтяных и газовых месторождений на севере Томской области появилась необходимость изучения почвенного покрова с целью более рационального его использования и своевременного контроля экологического состояния почв. На данный момент этот регион рассматривается как основная топливно-энергетическая и сырьевая база страны, при разработке которой будут использоваться малоосвоенные территории, более суровые по природным условиям, отличающиеся слабой устойчивостью и весьма малым потенциалом для самоочищения и самовосстановления [1]. Необходимость изучения фоновых (незагрязненных) почв осваиваемых нефтегазовых комплексов состоит в том, что существует потребность в уточнении всех свойств и процессов, протекающих в почвах. Кроме того, результаты данных исследований в дальнейшем могут быть использованы в целях почвенно-экологического мониторинга и разработки конкретных мер по рекультивации нарушенных и загрязненных территорий с учетом их специфических особенностей.
Объекты и методы исследований
Объектом исследования являются фоновые почвы Кондаковского лицензионного блока, который в будущем будет разрабатываться при нефте- и газодобыче. В соответствии с почвенно-географическим районированием [2] данный блок относится к среднетаежной подзоне Западной Сибири и в административном отношении располагается в Александровском районе Томской области, на правобережье реки Оби. С целью детального изучения почвенного покрова данной территории проводились инженерно-экологические изыскания методом маршрутов. Для изучения гумусного состояния почв были отобраны образцы основных представителей автоморфного (подзолистые), полугидроморфного (болотно-подзолистые) и гидроморфного (болотные верховые и низинные) рядов.
Лабораторно-аналитические исследования выполнены с использованием общепринятых в почвоведении методов [3]: гигроскопическая влага, зольность, общий органический углерод (гумус) методом И.В. Тюрина, рН водной и солевой вытяжек потенциометрическим методом, гидролитическая ки-
слотность по Каппену, обменные Ca2+, Mg2+ , их сумма комплексонометриче-ским методом, обменные H+ и Al3+ по И.А. Соколову. Определение группового и фракционного состава гумуса выполнено по схеме В.И. Тюрина в модификации В.В. Пономаревой и Т.А. Плотниковой [4], оценка гумусного состояния почв проведена в соответствии с показателями, предложенными Л.А. Гришиной и Д.С. Орловым [5].
Систематический список почв
Кондаковский лицензионный блок по агроклиматическому районированию [6] входит в прохладный, значительно увлажненный район. Эволюция почв гумидных областей равнинных слаборасчлененных территорий Западной Сибири способствует сильной заболоченности и слабому проявлению автоморфного почвообразования. Эта особенность во многом определяет условия формирования и свойства почв Кондаковского нефтяного месторождения [7]. Своеобразные природные условия изучаемой территории: пространственная и внутрипрофильная изменчивость литологического и гранулометрического состава почвообразующих пород, различная степень дренирован-ности территории, продолжительное сезонное промерзание, сочетание различных типов растительности - обусловили проявление процессов оподзоли-вания, поверхностного и глубинного оглеения. Согласно классификации и диагностике [8], современный почвенный покров исследуемой территории в связи со своеобразным сочетанием природных условий сложен, разнообразен и представлен следующими типами почв (табл. 1): подзолистыми, болотноподзолистыми и болотными. В соответствии с классификацией почв России [9] их можно отнести к двум основным стволам: постлитогенному и органогенному. В постлитогенном стволе выделен отдел текстурно-дифференцированных почв (типы подзолистых и болотно-подзолистых), а в органогенном - отдел торфяных почв (типы олиготрофных и эутрофных).
Автоморфные почвы данной территории, представленные типом подзолистых почв, развиваются преимущественно на легких породах под хвойными или смешанными лесами с бедным, но развитым мохово-лишайниковым напочвенном покровом. Это приводит к незначительному накоплению опада с кислой реакцией среды, что тормозит развитие гумусового горизонта. Общими свойствами этих почв являются: обогащенность верхних горизонтов кремнеземом при значительном выносе полуторных оксидов, глубинная глееватость, кислая реакция среды (рНсол варьирует от 3,71 до 4,60) и ненасыщенность основаниями (65-67%). В гранулометрическом составе преобладают фракции связанного песка и отмечается невысокое процентное содержание физической глины. Распределение илистой фракции свидетельствует о проявлении элювиально-иллювиального процесса, который также подтверждается дифференциацией почвенного профиля по морфологическим признакам.
Полугидроморфные болотно-подзолистые почвы формируются на пологих гривах и в понижениях водоразделов и террас под заболоченными темнохвойными и лиственными лесами. Специфической особенностью болотноподзолистых почв является их тяжелый гранулометрический состав.
Г од издания классификации Ствол Отдел Тип Подтип Род Вид Разновидность
1 2 3 4 5 6 7 8
1977 - - Подзолистая Собственно подзолистая Обычная Мелкая Средне- суглинистая
Мелкоподзолистая среднесуглинистая почва А0 (0-2)+А!А2 (2-13)М.2(13-17)+А2В£е(17^14)+В£е(44-70)+ВС(70-140)
2004 Постлитогенная Текстурно- дифференцированная Подзолистая Типичная - Поверхностно осветленная Средне- суглинистая
Подзолистая поверхностно осветленная среднесуглинистая 0(0-2)+-АЕЬ(2-13)+-ЕЬ(13-17)4-ВЕЦ17-44)+-ВТ&(44-70)+-ВТС(70-140)
1977 - - Подзолистая Собственно подзолистая Псевдофибровая Мелкая Супесчаная
Мелкоподзолистая псевдофибровая супесчаная почва Оч(0^)+А0А1(4-16)М.2(16-31)+А2В£е(31-57)+ В1Ге(57-92>4-В2£е(92-129)+ВСГе(129-190)+СГе(190-216)
2004 Постлитогенная Текстурно- дифференцированная Подзолистая Типичная - Мелкая Супесчаная
Подзолистая мелкая супесчаная почва ТО(0^1)+ОА1(4-16)+ЕЦ16-31)ЖЕГ£е(31-57)+- ВТ1й,(57-92)+ ВТ2£е(92-129)+ВТСГе(129-190>4-СГе(190-216)
1977 - - Болотно- подзолистая Торфянисто- подзолистая глеевая Грунтового увлажнения Мелкая Средне- суглинистая
Торфянисто-мелкоподзолисто-глеевая грунтового увлажнения среднесуглинистая почва Т(0-25)+ А!А2 (25-35)+ В1Гег(33-62)+ В2£ее(62-87>4-ВСГег(87-105)
2004 Постлитогенная Текстурно- дифференцированная Болотно- подзолистая Грубогумусовая - Поверхностно осветленная Средне- суглинистая
Болотно-подзолистая грубогумусовая поверхностно осветленная среднесуглинистая почва Т(0-25)+- АЕГ (25-35)+ ВТ1Гев(33-62)+ ВТ2£е,в(62-87)+ВТСГе>в(87-105)
1 2 3 4 5 6 7 8
1977 - - Болотная верховая Болотная торфяная Обычная Торфяная -
Болотная верховая торфяная Оч (0-10)+Т1(12-22)+Т2(22—32)
2004 Органогенная Торфяная Олиготрофная Типичная - Среднемощная -
Торфяная олиготрофная среднемощная ТО (0-10)+Т!(12-22)+Т2(22-32)
1977 - - Болотная низинная Низинная торфяная Обычная На средних торфах -
Болотная низинная торфяная А0(0-2)+Ат(2-16)КГ1(16-35)+Т2(35-58)+Тз(58-120)+0(120-150)
2004 Органогенная Торфяная Эутрофная Типичная - На средних торфах -
Торфяная эутрофная на средних торфах ТО(0-2)4-Т(2-16)+Т1 (16-35)+Т2 (35—58)+Т3 (58—120)+0(120—150)
В распределении физической глины и илистой фракции наблюдается заметное увеличение к породе, что ухудшает дренажные свойства, приводит к образованию торфяного горизонта и проявлению глеевых процессов в верхней толще. Реакция среды этих почв кислая (рНсол изменяется в пределах от 3,40 до 5,00). Валовой химический анализ обнаруживает меньшую обогащен-ность болотно-подзолистых почв кремнеземом и более высокое содержание полуторных оксидов железа и алюминия, которые являются главными компонентами минеральной части почв.
Гумусное состояние почв
В составе гумуса подзолистых почв Кондаковского месторождения по всему профилю фульвокислоты значительно преобладают над гуминовыми кислотами. В этих почвах отношение Сг.к/Сф.к равно 0,3-0,4, что указывает на фульватный тип гумуса. Этот интервал сужается в нижних горизонтах до 0,2. В группе гуми-новых кислот преобладает фракция, связанная с подвижными полуторными оксидами (8,14-9,15%), а наиболее ценная, связанная с кальцием, имеет низкие значения (3,63-4,64%). Фульвокислоты представлены агрессивными фракциями. Величина негидролизуемого остатка колеблется от 37 до 42% от общего углерода, что свидетельствует о высоком содержании трудноминерализуемых веществ. Агрессивность и мобильность гумуса такого типа способствуют развитию процессов элювиирования и подзолообразования.
В составе гумуса торфянисто-мелкоподзолистой грунтово-глеевой среднесуглинистой почвы прослеживаются аналогичные закономерности, что и в составе гумуса подзолистых почв. Показатель величины негидролизуемого остатка постепенно увеличивается с глубиной профиля. Необходимо отметить, что для аналогичных почв характерно постепенное уменьшение содержания органического вещества с глубиной профиля. Подобное явление встречается во многих таежных подзолистых почвах Европы и Западной Сибири [6]. Однако такое распределение не свидетельствует о том, что в этих почвах нет иллювиирования.
Единство и самобытность холодных гумидных областей заключаются в экстремальном сочетании тепла и влаги, господстве олиготрофных растительных сообществ с малой емкостью биологического круговорота, преимущественно напочвенном поступлении растительного опада, бедности, однообразии и пониженной биохимической активности микрофлоры. Эти особенности влияют на основные характеристики гумусного состояния исследуемых почв, которые в совокупности отражают уровни накопления гумуса, его профильное распределение и качественный состав (табл. 2).
В соответствии с критериями, предложенными в [5], подзолистые почвы Кондаковского нефтяного месторождения характеризуются мощной подстилкой, состоящей из опада, отмершей растительности и переплетающих их корней. Однако содержание гумуса в верхних гумусовых горизонтах и его запасы оцениваются как очень низкие. Количество гумуса с глубиной постепенно убывает. Для исследуемых почв характерна средняя и слабая степень гумификации органического вещества, отмечается среднее содержание свободных ГК и высокое содержание прочно связанных ГК.
Т а б л и ц а 2
Показатели гумусного состояния фоновых почв Кондаковского нефтяного месторождения
Показатель, единицы измерения Величина Уровень, характер проявления
Мелкоподзолистая псевдофибровая легкосуглинистая почва
Мощность подстилки, см 5 Мощная
Содержание гумуса в гумусных горизонтах, % 1,43 Очень низкое
Запас гумуса в слое 0-20 см, т/га 20 Очень низкий
Профильное распределение гумуса в метровой толще - Постепенно убывающее
Степень гумификации органического вещества, % 19 Слабая
Тип гумуса, Сгк/Сфк 0,5 Фульватно-гуматный
Содержание «свободных» ГК, % к сумме ГК 50 Среднее
Содержание ГК, связанных с Са2+, % к сумме ГК 20 Низкое
Содержание прочно связанных ГК, % к сумме ГК 30 Высокое
Мелкоподзолистая иллювиально-железистая легкосуглинистая почва
Мощность подстилки, см 8 Мощная
Содержание гумуса в гумусных горизонтах, % 1,01 Очень низкое
Запас гумуса в слое 0-20 см, т/га 14 Очень низкий
Профильное распределение гумуса в метровой толще - Постепенно убывающее
Степень гумификации органического вещества, % 21 Средняя
Тип гумуса, Сгк/Сфк 0,4 Фульватный
Содержание «свободных» ГК, % к сумме ГК 46 Среднее
Содержание ГК, связанных с Са2+, % к сумме ГК 18 Очень низкое
Содержание прочно связанных ГК, % к сумме ГК 36 Высокое
Торфянисто-мелкоподзолистая грунтово-глеевая с] эеднесуглинистая почва
Содержание гумуса в гумусных горизонтах, % 1,09 Очень низкое
Запас гумуса в слое 0-20 см, т/га 22 Очень низкий
Профильное распределение гумуса в метровой толще - Резко убывающее
Степень гумификации органического вещества, % 29 Средняя
Тип гумуса, Сгк/Сфк 0,4 Фульватный
Содержание «свободных» ГК, % к сумме ГК 35 Низкое
Содержание ГК, связанных с Са2+, % к сумме ГК 28 Низкое
Содержание прочно связанных ГК, % к сумме ГК 36 Высокое
Близкими свойствами обладает гумус наиболее распространенных на территории месторождения торфянисто-мелкоподзолистых грунтово-глеевых почв. Данные почвы характеризуются очень низкими содержанием гумуса в верхних гумусных горизонтах и его запасами. Распределение гумуса по профилю почв резко убывающее. Характерна средняя степень гумификации органического вещества, что связано с биоклиматическими условиями и характером растительности. Залегающие непосредственно под торфом или очесом минеральные горизонты имеют фульватный тип гумуса с низким содержанием ГК фракций 1, 2 и относительно высоким содержанием ГК фракции 3. Как для подзолистых, так и торфянисто-мелкоподзолистых грунтово-глеевых почв характерны слабое образование аккумулятивной формы гумуса (гуми-новых кислот), относительно высокое содержание ГК свободных и прочно связанных с глинистыми минералами. Содержание гуматов кальция и связанных с ними фульвокислот составляет незначительную часть органического углерода.
Разработка нефтяных месторождений создает мощное техногенное воздействие на окружающую среду. Нефть, являясь комплексным загрязнителем, несет признаки, указывающие на связь с гидротермальными минералообразующими растворами. К их числу относится наличие в нефти тяжелых металлов. Связывание тяжелых металлов-загрязнителей в почве регулируется, главным образом, емкостью катионного обмена, которая в почвах определяется в значительной мере их гумусным состоянием. Гумусовые вещества служат геохимическим барьером и активно регулируют геохимические потоки металлов в экосистемах. Способность гумуса связывать тяжелые металлы в труднодоступные формы, уменьшая подвижность, значительно снижает уровень их поступления в растения [10]. Можно полагать, что в исследуемых почвах, характеризующихся невысоким содержанием в составе гумуса гуми-новых кислот, негативное влияние на растения проявится при более низкой концентрации загрязнителей.
Гумусное состояние, кислотно-щелочные условия и гранулометрический состав определяют возможность и интенсивность закрепления продуктов техногенеза в почвах и служат базовыми параметрами для оценки воздействия промышленных выбросов на экосистемы в целом. Известно [11], что основными факторами, определяющими буферность почв, являются содержание и состав гумуса. Наибольшей буферной емкостью и способностью снижать негативное влияние загрязняющих веществ на растительные и животные организмы обладают почвы с высоким содержанием гумуса, тяжелым гранулометрическим составом и высокой емкостью катионного обмена. Механизм противодействия техногенному потоку обусловлен химическими особенностями функциональных групп гумусовых кислот [12], способных к образованию электровалентных, ковалентных связей и внутрикомплексных соединений. Однако невысокое относительное содержание гуминовых кислот в почвах Кондаковского месторождения снижает возможность связывания токсичных элементов в малоподвижные и труднодиссоциирующие соединения, усиливая влияние техногенных нагрузок на природную среду.
Своеобразные природные условия изучаемой территории, сочетание различных типов растительности, особенности литологического и гранулометрического состава почвообразующих пород, а также различная степень дре-нированности территории обусловили проявление процессов оподзоливания, поверхностного и глубинного оглеения и господство в почвенном покрове подзолистых, болотно-подзолистых и болотных почв. Для всех изученных почв характерно очень низкое содержание гумуса и его запасов, а также низкое содержание наиболее ценной фракции гуминовых кислот, связанных с кальцием. Наличие в подзолистых почвах мощной подстилки, представленной грубым полуразложившимся органическим веществом, а в болотноподзолистых почвах - торфяного горизонта не способствует усилению их буферных свойств. Интегральные характеристики гумусного состояния фоновых подзолистых и торфяно-подзолистых почв (преимущественно фуль-ватный тип гумуса, преобладание во фракционном составе агрессивных фракций фульвокислот) свидетельствуют о низкой буферности исследуемых почв. В комплексе с суровыми биоклиматическими условиями изученные показатели гумусного состояния подтверждают низкую устойчивость почв исследуемого Кондаковского месторождения к техногенным нагрузкам, в том числе и нефтяным.
Литература
1. Середина В.П., Андреева Т.А., Бурмистрова Т.И., Терещенко Н.Н. Нефтезагрязненные
почвы: свойства и рекультивация. Томск: Изд-во ТПУ, 2006. 270 с.
2. Почвенно-географическое районирование СССР. М.: Изд-во АН СССР, 1962. С. 73-75.
3. Воробьева Л.А. Химический анализ почв. М.: Изд-во МГУ, 1998. 272 с.
4. Пономарева В.В., Плотникова Т.А. Определение группового и фракционного состава
гумуса по схеме И.В. Тюрина, в модификации В.В. Пономаревой и Т.А. Плотниковой // Агрохимические методы исследования почв. М.: Наука, 1975. С. 47-55.
5. ОрловД.С. Химия почв. М.: Изд-во Моск. ун-та, 1985. С. 275.
6. Гаджиев И.М., Овчинников С.М. Почвы средней тайги Западной Сибири. Новосибирск:
Наука, 1977. 150 с.
7. Блохина С.Л. Свойства почв Кондаковского лицензионного блока // Материалы LVII на-
учной конференции Биологического института «Старт в науку». Томск: ТГУ, 2008. С. 39.
8. Классификация и диагностика почв СССР. М.: Колос, 1977. 225 с.
9. Классификация почв России. М.: Почвенный ин-т им. В.В. Докучаева РАСХН, 2004.
С. 136.
10. Ильин В.Б. Тяжелые металлы в системе почва-растение. Новосибирск: Наука, 1991. 151 с.
11. Перельман А.И., КасимовН.С. Геохимия ландшафта. М.: Астрея, 1999. 768 с.
12. Орлов Д.С. Гумусовые кислоты почв и общая теория гумификации. М.: Изд-во МГУ, 1990. 25 с.
