CC BY
93
И.Ю. Давыдова
ТРАНСФОРМАЦИЯ Eh-рН СОСТОЯНИЯ ЧЕРНОЗЕМА В СВЯЗИ С ТЕХНОГЕННЫМ ГЛЕЕОБРАЗОВАНИЕМ
Техногенное воздействие на окружающую природную среду (ОПС) заключается в изменении миграции химических элементов под влиянием производственной деятельности человека [27; 32]. Одним из негативных последствий техногенеза является вторичное глееобразование почв.
Для возникновения восстановительных условий и развития глееобразования необходимо периодическое или постоянное переувлажнение почв, наличие органического вещества, способного к сбраживанию, и гетеротрофной микрофлоры [9]. Анаэробиоз приводит к несбалансированному выносу соединений несиликатного железа из переувлажненной почвы (до 30— 60 % и более от исходного количества). Обезжелезнение вызывает появление в почвах холодной окраски, распад микроагрегатов, значительное увеличение содержания свободного ила, неблагоприятное изменение водно-физических и других свойств. Наиболее ярко цветовые признаки выражены в почвах, сформировавшихся на кислых и нейтральных породах.
При застойно-промывном водном режиме глееобразование приводит к максимальному выносу металлов, а также илистой фракции мелкозема, что повсеместно обусловливает формирование почв с кислыми элювиальными поверхностными горизонтами, обогащенными кварцем [8].
Глееобразование — это биохимический процесс. Органическое вещество для гетеротрофной микрофлоры является источником энергии. При отсутствии свободного кислорода окисление (брожение) органического вещества по мере снижения окислительно-восстановительного потенциала среды осуществляется сначала нитратами, а затем Mn (ГУ), Fe (III), сульфатами и т.д. [15]. В результате этих реакций образуются низкомолекулярные органические кислоты, аминокислоты, спирты, ацетон, СО2, Н2, Mn (II), Fe (II), H2S, CH4, NHз и другие низкомолекулярные окисленные и восстановленные продукты.
Комплексные соединения железа с органическими кислотами, бикарбонат железа (Fe(HCOз)2) обладают высокой миграционной способностью в водной среде при обычной температуре и давлении [27].
Наличие сульфатов в восстановительной среде препятствует несбалансированному выносу железа, так как вследствие процесса сульфатредукции происходит осаждение сульфида железа. Однако в почвах, как и в горных породах, возможно протекание сульфидно-глеевого процесса, что может быть вызвано зональным распределением Eh-pH условий. Подобные явления, вызванные анаэробным окислением поступающих с водой углеводов, гумусовых кислот, углеводородов и других сбраживаемых соединений, отмечены в красноцветной, угленосной, нефтегазоносной формациях [26; 35]. В резко восстановительной сероводородной (сульфидной) зоне осаждается минерал гидротроилит nH2O) черного цвета, по
периферии сульфидной зоны в слабо восстановительной (бескислородной) среде развивается оглеение. В итоге формируется зона «бессульфидного обеления» пород, то есть глеевой каолинитизации.
Таким образом, развитие глееобразования в почвах и горных породах в естественных условиях зависит от водного режима, количества и состава органического вещества, а также условий миграции химических элементов, то есть Eh-pH состояния среды и возможности комплексообразования.
При техногенном воздействии на природные системы, в том числе на почвы, биохимические и миграционные процессы значительно осложняются. Это обстоятельство может быть вызвано дополнительным поступлением энергии, например, при тепловом, электрическом и химическом загрязнении ОПС. Как следствие — в этом случае наблюдается активизация микробиальных систем, трансформация сложившихся циклов химических элементов, Eh-pH условий, газового режима и другие изменения [15].
Поэтому представляется актуальным и целесообразным всестороннее исследование техногенно-инициированного процесса глееобразования в почвах. В этой связи можно
предполагать, что степень деградации вторично оглеенных почв будет зависеть главным образом от изменения естественного типа водного режима и особенностей загрязнения.
Наибольший интерес вызывает глеегенная деградация черноземов, обладающих значительной буферностью свойств и высоким потенциальным плодородием.
В черноземной зоне, как и в других природных зонах, факторы развития техногенного глееобразования имеют двоякий характер. Одни из них возникли в связи с общими тенденциями развития ноосферы и обусловлены ростом промышленного производства, населения, урбанизации. Другие факторы отражают природно-зональную специфику ведения сельскохозяйственного производства.
Многие виды производственной деятельности способствуют развитию вторичного глееобразования, поскольку сопровождаются нарушением гидрологического режима территорий, подтоплением земель и загрязнением ОПС педохимически-активными веществами. К таким поллютантам относятся щелочи, органические кислоты, оксиды серы, азота, углерода, сероводород, метан, соединения железа, углеводороды, поверхностно-активные вещества (ПАВ) и т.д.
В таблице 1 приведены сведения о техногенных факторах вторичного глееобразования почв по результатам обобщения ряда работ, указанных ниже.
Таблица 1
Техногенные предпосылки глееобразования
Инженерно-геологические сооружения подтопления территории — последствия для ОПС
факторы
Химическое загрязнение ОПС выбросами и сбросами предприятий различных
производств
♦ Искусственные водоприемники и водоемы
(водохранилища, хвостохрани-лища,
шламохранилища, пруды-
нако-пители, пруды-отстойники, «бе-лые моря», карьеры, шламоотстойники, поля фильтрации, гид-роотвалы, гидро-золоотвалы) Гражданское и промышленное строительство Линейно-дорож-ное строительство
♦
Гидромелиоративное строительство
■ Фильтрационные потери из водоприемников, водоемов, водонесущих коммуни-каций
■ Подпор грунтовых вод
■ Скопления по-вер-хностных вод в техногенных понижениях рельефа
■ Аварии
на ограждающих дамбах
■ Сбросы сточных, шахтных и карь-ерных вод в
поверхностные воды
■ Засыпка естественной дренажной сети
■ Оседание поверхности
■ Орошение при-родными и сточ-ными водами
Подъем
уровня грунтовых вод
Техногенные верховодки Техногенные во-доносные горизон-ты в приповерхностных отложе-ниях Заболачивание почв
Активизация карста, суффозии, биокоррозии Уплотнение пород Просадочные явления в лессовых грунтах
Образование техногенного рельефа: мульд оседания, провалов, уступов, депрессионных воронок
Выбросы в атмосферу:
пыль (оксиды Si, Л1, Ca, К, №, Mg, Pb, Ъп, Fe, С); дымы (оксиды Ca, Ъп, Mg, Fe, S, Р, С); газы (СО2, СО, SOx, Шх,
КНз); этилен, бензол, толуол,
пропилен, бутадиен,
ксилол, метанол, этилацетат,
алканы,
ароматические
углеводороды,
органические
бенз(а)пирен,
этилбензол,
меркаптаны
фенолы,
алкены,
альдегиды, кислоты, ацетон, ПАУ, (тиоспирты), акролеин,
сероводород, хлор, фтор и т.д.
Сбросы сточных вод:
фенолы, углекислота,
радионуклиды, нефтепродукты, сульфаты, железо, щелочные и щелочно-земельные металлы, марганец, сероводород, алканы, алкены,
карбонильные соединения, эфиры, нитраты, нитриты, пиридин, анилины, амины, бензолы, альдегиды, кетоны, спирты, минеральные и
■
■
■
■
■
■
■
■
♦
♦
органические кислоты, щелочи, терпены, формальдегид, ароматические углеводороды, одоранты, метил- и диметилртути, диметилселен, тетраметилсвинец, ПАВ, углеводы, белки, пектиновые вещества, агрохимикаты, взвешенные вещества, оксиды А1, Si, В, Л8, Мо, РЬ и т.д.
В Воронежском, Окско-Донском, Приволжском, Припятско-Днепровском и других экономически развитых регионах, затрагивающих черноземную зону, весьма актуальной является проблема подтопления земель [10]. Это обстоятельство объясняется значительным воздействием на инженерно-геологическую среду при различных видах строительства, а также высокой степенью концентрации промышленности и населения, интенсивным сельскохозяйственным производством и другими причинами
Так, следствием гражданского строительства, расширения селитебных ландшафтов и урбанизации является широко распространенное подтопление городов и других объектов. На территории России общая площадь подтопленных застроенных территорий превышает 8 тысяч км2 [11]. Этот процесс имеет прогрессирующий характер и охватывает уже почти все города и населенные пункты. Зоны подпора грунтовых вод при застройке территорий имеют протяженность десятки километров и распространяются далеко за пределы городов.
Подтопление земель в селитебных ландшафтах, особенно при высокой доле урбанизированных территорий, происходит в условиях интенсивного загрязнения ОПС.
Прежде всего для этого вида техногенных ландшафтов характерно повышенное загрязнение атмосферы органическими веществами, образующими своеобразное облако вокруг селитебных зон.
В воздушной среде намного превышены предельно-допустимые концентрации (ПДК) СО, SOx, NOx, углеводородов, ацетальдегидов и других поллютантов [1].
Вокруг городских агломераций под влиянием промышленных и коммунально-бытовых стоков, а также свалок формируются подземные (грунтовые и напорные) воды, загрязненные педохимически-активными веществами. Для этих вод характерны прогрессирующие со временем низкие значения Eh и возрастающие концентрации NH4+, Н2РО4-, Fe2+, Мп2+, As3+ [19]. Подобные геохимические аномалии в подземной гидросфере объясняются главным образом высоким содержанием растворенных органических веществ и развитием анаэробиоза. В этих
условиях происходит вынос железа с подземными водами даже в присутствии HS- и чему способствует образование железо-органических комплексов. В комплексообразовании участвуют органические карбоновые кислоты и аминокислоты, которые практически всегда присутствуют в больших количествах в сточных водах.
Данная ситуация усугубляется применением биохимического метода очистки сточных вод, который основан на сбраживании органических загрязняющих веществ. В анаэробных условиях органические вещества окисляются сначала до спиртов и органических кислот, а затем до СН4 и СО2. Огромное количество недоочищенных стоков сбрасывается в ОПС [4].
Как известно, биохимические процессы значительно ускоряются при повышении температуры. Для селитебных ландшафтов характерно физическое загрязнение, связанное с образованием техногенных тепловых и электрических полей. Техногенное тепловыделение в селитебных ландшафтах составляет 5 процентов от получаемой ими солнечной энергии [1]. В городах тепловое загрязнение почв и грунтов вблизи источников прогрева достигает 105—109 Дж/м2 в год, отсюда зоны повышенной температуры распространяются вглубь на десятки метров и могут значительно расширяться при переносе тепла грунтовыми водами [7].
Высокая степень концентрации населения на урбанизированных территориях обостряет проблему утилизации и захоронения бытовых отходов. Свалки представляют собой техногенные аномалии разнообразных органических и других веществ. При трансформации захороненных отходов наблюдается сбраживание органических соединений по масляно-кислому и ацетонобутиловому пути. Имеют место также интенсивная метаногенерация и другие анаэробные процессы. Продукты разложения бытовых отходов при взаимодействии с инфильтрующимися атмосферными осадками образуют фильтрат [25]. Эта жидкость характеризуется повышенными значениями температуры, минерализации, содержания соединений азота, тяжелых металлов, органических веществ, железа, щелочных и щелочноземельных металлов, биогаза и т.д. Фильтрат образует техногенные верховодки и постоянные водоносные горизонты, что способствует значительному распространению загрязнения ОПС вокруг свалок.
Под влиянием линейно-дорожного строительства и транспорта также происходит существенная перестройка гидрологических условий в сочетании с загрязнением почв. Сооружение дамб, насыпей, магистральных трубопроводов и других объектов приводит к перераспределению поверхностного и грунтового стока, изменению водного режима почв.
Наиболее опасными в отношении развития техногенного глееобразования являются объекты нефтегазового комплекса (таблица 2).
Таблица 2
Объекты нефтегазового комплекса как факторы техногенного глееобразования
Источники загрязнения ОПС, технологические процессы Поллютанты
Места длительного размещения отходов: ■ нефтешламонакопители, ■ пруды-отстойники, ■ иловые площадки, ■ полигоны ТБО и ТБПО, ■ площадки биологической очистки нефтешламов, нефтезагрязненных почв и грунтов Нефтяные углеводороды, биогаз, фенолы, тяжелые металлы
Утилизация нефтешламов Водно-нефтяные эмульсии
Зачистка резервуаров и трубопроводов Нефть, нефтепродукты, продукты кор-розии, соли, парафины, асфальтены, смолы, фенолы, СПАВ, ПАУ, И^ РЬ, С4 А^ Сг, Мо, №, Си, Ве
Выбросы парогазовых смесей и взвешенных частиц в атмосферу: ■ «дыхание» резервуаров для хранения нефти и нефтепродуктов, ■ трубопроводы, ■ факельные установки, ■ нефтеловушки, дренажные емкости, ■ пруды-отстойники, ■ энергетические и технологические установки, ■ автотранспорт Углеводороды, Шх, 302, СО, сажа, фенолы, бензол, ПАУ, соединения свинца
Аварийные разливы нефти и нефтепродуктов: ■ механическое повреждение и коррозия трубопроводов, ■ нарушение герметичности резервуаров Алканы, циклоалканы, парафины, смолы, асфальтены, свободная сера и сернистые соединения (меркаптаны, сероводород, сульфиды, дисульфиды, тиофены, тиофаны), ПАУ, РЬ, ги, С4 Сг, Си, №, Мп
Весьма протяженная сеть трубопроводного транспорта, перекачивающего углеводородное сырье, представляет собой существенную опасность в развитии этого процесса. Во-первых, при сооружении трубопроводов значительно изменяется гидрологический режим территории вследствие нарушения естественных водотоков, просадочных явлений, образования водоупорных слоев при уплотнении насыпи и в силу других причин [17]. Во-вторых, трубопроводный транспорт характеризуется высокой аварийностью, что приводит к загрязнению почв и подземных вод нефтью и нефтепродуктами. На территории России ежегодное число аварий на этом виде транспорта достигает несколько десятков тысяч [1; 30]. В-третьих, для ликвидации последствий аварий широко применяются сорбенты на органической основе (синтепон, поролон, мох, солома, куриные перья, торф, опилки) и поверхностно-активные вещества [21; 33]. В переувлажненной почве пропитанные нефтью и нефтепродуктами сорбенты подвергаются сбраживанию. Поверхностно-активные вещества способствуют образованию водонефтяных эмульсий, легко проникающих в глубь почвы.
Из-за строительства крупных гидротехнических сооружений на территории России в значительной степени (более чем на 34 тыс. км2) подтоплены сельскохозяйственные угодья [11]. Подтопление проявляется на территориях, прилегающих к водохранилищам и орошаемым массивам, и в черноземной зоне. Влияние Куйбышевского, Волгоградского и других крупных равнинных водохранилищ прослеживается на удалении до 50 км от них, в том числе на участках, расположенных на высоте 10—15 м над нормальным подпорным уровнем [29]. В черноземной зоне интенсивное орошение даже при традиционных способах и нормах полива привело к подъему грунтовых вод, заболачиванию значительной части сельскохозяйственных угодий, загрязнению почв и подземных вод агрохимикатами и сточными водами [9; 10].
При орошении черноземов практикуется внесение в качестве удобрений различных отходов: сброженного навоза (эффлюента), термофильно-сброженных осадков городских сточных вод, шахтных вод, дефеката, гидролизного лигнина и т.д. Загрязнение органическими веществами при переполивах вызывает в почве развитие анаэробных процессов, приводящих к образованию органических кислот, СН4, NHз, СО2. Наиболее активно эти процессы развиваются в рисовых чеках [23]. Однако они могут иметь место и на земледельческих полях орошения стоками сахарных заводов, свинокомплексов, птицеферм и других предприятий АПК, размещенных в черноземной зоне.
Так, в районах сельскохозяйственных территорий, орошаемых и удобряемых животноводческими и коммунально-бытовыми стоками, вертикальный градиент уменьшения содержания О2 в зоне аэрации очень высокий. Его значения могут достигать 1—2 мг/л см1, что приводит к снижению Eh грунтовых вод до значений +100 мВ и ниже [19]. Развитие анаэробиоза приводит к появлению в грунтовых водах NH4+, N02", Н2РО4-, Fe2+, Мп2+ в концентрациях, намного превышающих ПДК. Такая геохимическая техногенная аномалия может сохраняться в течение 10—20 лет даже после устранения источника загрязнения.
Крупные техногенные геохимические аномалии и обширные зоны подтопления территорий связаны с размещением промышленных предприятий, особенно топливно-энергетического комплекса (ТЭК). Только в лесной и лесостепной зоне площадь подтопленных
земель изза возведения ГЭС и ГАЭС превышает 330 тысяч га [2]. Особенно велико негативное воздействие ТЭС, что связано с подтоплением и загрязнением территорий вследствие высокого водопотребления, огромного объема сбросов сточных вод и выбросов в атмосферу газообразных продуктов: СН4, СО2, SО2, углеводородов.
Так, только в средней полосе европейской части России накопилось более 160 миллионов тонн отходов предприятий теплоэнергетики, работающих на ископаемом топливе [18]. Применение системы гидрозолошлакоудаления допускает подачу на золоотвал промышленных, ливневых и хозяйственно-бытовых стоков. В итоге наблюдается подтопление окружающей территории насыщенными высокоминерализованными водами. В составе этих вод присутствуют в больших количествах взвешенные вещества, органические и минеральные кислоты, щелочи, ПАВ, нитриты, нефтепродукты и другие органические соединения. Как следствие, имеет место техногенное изменение класса водной миграции ландшафта. В лесной и лесостепной зоне кислый, кисло-глеевый (Н+; Н+^е2+), нейтральный, нейтрально-глеевый (Н+-Са2+; Н+-Са2+, Fe2+) классы трансформируются в кальциевый, кальциево-глеевый (Са2+ Са2+-Ре2+) классы [13].
Под влиянием АЭС не только развивается интенсивное подтопление территории, но и происходит тепловое и радиоактивное загрязнение подземных вод [3; 10]. В этом случае образуются техногенные верховодки и постоянные водоносные горизонты, в подземной гидросфере в средней полосе ЕТР наблюдаются температурные аномалии (на 20 оС выше фона).
Техногенное подтопление территории и заболачивание почв может быть обусловлено добычей полезных ископаемых. Негативная перестройка гидрологической ситуации вследствие техногенеза объясняется нарушением естественного рельефа, оседанием земной поверхности, сбросом сточных вод, просадочными явлениями в переотложенных грунтах, созданием водоприемников, подпором грунтовых вод и т.д. Такие изменения, затрагивающие территорию лесостепной зоны, отмечаются, например, в Подмосковном буроугольном бассейне и в районе Курской магнитной аномалии [10].
С развитием горнопромышленного производства также связано значительное загрязнение ОПС. Например, в угле- и нефтедобывающих районах, часть которых расположена и в черноземной зоне, в почвах увеличено содержание битуминозных и других органических соединений, наблюдается образование техногенных солончаков, усиливаются процессы элювиирования железа на фоне резкого подщелачивания или подкисления среды. В итоге формируются почвы с осветленными поверхностными горизонтами — осолоделые почвы или глубоко оподзоленные поверхностно-ожелезненные почвы [22]. При заболачивании почв нефтепромысловыми водами развивается вторичное оглеение, почвы приобретают вблизи источников загрязнения ярко-синюю, сине-зеленую и оливковую окраску [31].
Следует подчеркнуть, что развитие почти всех отраслей промышленности в определенной мере способствует распространению вторичного оглеения почв. Территориальная концентрация различных отраслей значительно усиливает это отрицательное воздействие на ОПС, что связано с рядом причин.
Во-первых, большинство предприятий характеризуется значительным водопотреблением и сбросом сточных вод, утечками из водонесущих коммуникаций и искусственных водоемов.
Как следствие, развивается подтопление территории.
В свою очередь подтопление активизирует просадочный процесс. На территории Русской равнины, особенно в черноземной зоне, значительное распространение имеют лессовидные породы, которые при дополнительном замачивании образуют просадки и уплотняются [10]. Техногенные просадочные понижения, как и естественные западины лесостепи и степи (поды, «степные блюдца»), более обводнены, чем окружающая территория.
Во-вторых, практически все отрасли промышленности (нефтегазовая, теплоэнергетическая, металлургическая, коксохимическая, нефтехимическая и др.) загрязняют окружающую среду органическими и другими веществами, в том числе выбрасывают в атмосферу нефтяные углеводороды [2; 16; 34].
Только на предприятиях «Роснефти», активно участвующих в обеспечении Центрального региона нефтепродуктами, выбросы загрязняющих веществ в атмосферу составляют более 1,5 миллиона тонн [5].
Из атмосферы нефтяные углеводороды выпадают с аэрозолями в основном в зимний период. Эти вещества хорошо адсорбируются снегом и сохраняются при низкой температуре до снеготаяния. С талыми водами алканы, арены и другие нефтяные углеводороды проникают в почву и грунт. Частичное окисление нефтяных углеводородов происходит в поверхностных водах, то есть во время снеготаяния, в процессе радикально-цепного окисления и микробиальной деградации с образованием спиртов, альдегидов и органических кислот [6].
Широко распространенный товарный парк нефтепродуктов является потенциальным источником загрязнения углеводородами не только атмосферы, но и других сред. Жидкие нефтепродукты попадают в почвы, грунты и подземные воды при систематических эксплуатационных и аварийных утечках и проливах из хранилищ углеводородного топлива. Легкие углеводороды образуют над уровнем грунтовых вод жидкие скопления — крупные квазистабильные линзы нефтепродуктов [12]. Помимо «плавающих линз нефтепродуктов», загрязнение нефтяными углеводородами захватывает грунты зоны аэрации и почвы. В понижениях микрорельефа и в эрозионной сети загрязнение нефтепродуктами выходит на дневную поверхность.
Для грунтовых вод в районе нефтебаз характерна восстановительная среда, повышенная перманганатная окисляемость, наличие нитритов и аммония [14].
Загрязнение почв и вод нефтяными углеводородами способствует развитию техногенного глееобразования, что связано с процессами трансформации этих органических веществ. Для биодеградации углеводородов необходимо наличие в среде акцепторов электронов (O2, NO3-, Fe3+, SO42-). При анаэробном окислении углеводородов образуются карбоновые нафтеновые кислоты, гамма-лактоны, спирты, оксикислоты и т.д. [24; 28; 36].
Катализаторами этих реакций служат ферменты различных микроорганизмов. Например, углеводородное топливо (дизельное топливо, мазут, керосин) подвергается биодеструкции, которую осуществляют несколько сотен углеводородокисляющих микроорганизмов (роды Pseudomonas, Candida и др.) [20]. При бактериальном и грибковом разложении углеводородного топлива образуется сероводород и органические кислоты, уменьшается рН среды.
Помимо углеводородов нефти аналогичной трансформации в почве подвергаются многие органические поллютанты.
Таким образом, техногенное глееобразование и сульфидно-глеевый процесс в почвах развиваются под влиянием следующих факторов:
1. Добавочное увлажнение, приводящее к застою воды в почве.
2. Непосредственное загрязнение почв или через другие среды педохимически-активными веществами:
— органическими соединениями, подвергающимися брожению, в том числе нефтяными углеводородами, компонентами сточных вод и фильтрата свалок, сорбентами и мелиорантами на органической основе и т.п.;
H с H SO NO NH CO CH ,
— газами 2S, CO, 2, x, x, 3, 2, 4, в том числе биогазом;
— солями щелочных и щелочноземельных металлов, особенно нитратами и сульфатами;
— поллютантами органической и минеральной природы с ингибирующими свойствами в отношении гетеротрофной микрофлоры, участвующей в циклах C, N, Fe, S, H;
— соединениями железа, марганца и других металлов с переменной валентностью.
3. Тепловое загрязнение.
Очевидно, что сочетание этих факторов обусловливает уровень реализации процесса техногенного глееобразования и соответственно определяет степень деградации почв. Почва, представляющая собой техногенно-модифицированную биокосную систему, имеет тенденцию к развитию глееобразования при определенных параметрах рассмотренных выше факторов, воздействующих на эту систему извне.
Как показали результаты модельного эксперимента, E^-pH состояние черноземов испытывает существенную трансформацию под влиянием техногенного переувлажнения и загрязнения сбраживаемыми органическими веществами.
В таблице 3 приведена схема опыта. В зависимости от варианта опыта использовались
различные органические поллютанты, соединения кальция и натрия. Увлажнение почвы
осуществлялось с помощью поливов в оптимальном режиме (до предельной полевой
влагоемкости (1111В)) и с затоплением разной продолжительности.
Таблица 3
Схема лабораторного опыта
Вариант опыта Режим полива
еженедельный полив затопление на 2 месяца
до ППВ затопление на 5 часов
номер варианта опыта
Нефть (10 г/кг почвы) 1 2 3
Моторное масло (10 г/кг почвы) 4 5 6
Нефть (10 г/кг почвы) + сено злаков (5 г/кг почвы) 7 8 9
Сено злаков (5 г/кг почвы) 10 11 12
Нефть (10 г/кг почвы) + СПАВ (10 г/кг почвы) 13 14 15
Фильтрат с полигона ТБО 16 17 18
Неминерализованная гидрокарбонатно-кальциевая вода (ГКВ) 19 20 22
Неминерализованная гидрокарбонатно-кальциевая вода (ГКВ) + сахароза (0,2 %) 22 23 24
Неминерализованная гидрокарбонатно-кальциевая вода (ГКВ) + сахароза (1,0 %) 25 26
Дистиллированная вода (ДВ) + сахароза (1,0 %) 27
Сульфат натрия (1%) 28
Гипс (7 г/кг почвы) 29
Сульфат натрия (1%) + сахароза (1,0 %) 30 31 32
Гипс* + сахароза (1 %) 33 34 35
* Гипс: вариант № 33 — 7 г/кг, вариант № 34 — 30 г/кг, вариант № 35 — 4 г/кг
В таблицах показана динамика окислительного потенциала почвы (Е^) после каждого полива. Очевидно, что наиболее глубокий анаэробиоз развивается при переувлажнении чернозема на фоне поступления различных органических добавок. Совместное поступление в чернозем сульфатов и сбраживаемых органических веществ приводит к резкому снижению величины Ей даже при поливах до ППВ. В целом оптимальное увлажнение почвы препятствует развитию восстановительных условий даже при наличии легкосбраживаемых веществ.
В таблице 4 отражена динамика рН лизиметрических вод из пахотного горизонта чернозема при поливах с кратковременным затоплением. Значительное подкисление среды наблюдается при поступлении в почву углеводов, особенно в сочетании с сульфатами кальция и натрия. Это объясняется накоплением продуктов сбраживания углеводов кислотной природы и серной кислоты. Наличие в среде углекислого кальция препятствует подкислению. Нефтяные углеводороды не вызывают снижения рН среды.
Таблица 4
Влияние анаэробиоза на изменение рН лизиметрических вод из горизонта Ар чернозема
Вариант опыта Номер полива
1—6 25—30 51—60
Нефть (10 г/кг почвы) 7,0—8,7 (7,8)
Моторное масло (10 г/кг почвы) 5,2—7,8 (6,7)
Нефть (10 г/кг почвы) + сено злаков (5 г/кг почвы) 6,7—8,2 (7,7)
Сено злаков (5 г/кг почвы) 6,2—8,0 (7,2)
Нефть (10 г/кг почвы) + СПАВ (10 г/кг почвы) 6,0—7,5 (6,8)
Фильтрат с полигона ТБО 6,1—7,5 (6,9)
Неминерализованная гидрокарбонатно-кальциевая вода 6,7—7,9 (7,2) 6,9—7,8 (7,4) 7,2—8,6 (7,6)
Неминерализованная гидрокарбонатно-кальциевая вода + сахароза (1,0 %) 6,2—7,5 (7,0) 7,1—7,8 (7,6) 4,2—5,7 (4,8)
Дистиллированная вода + сахароза (1,0 %) 4,6—7,3 (6,1) 4,7—6,8 (6,1)
Сульфат натрия (1%)+сахароза (1,0 %) 4,6—6,0 (5,4) 3,9—4,9 (4,5)
Гипс* + сахароза (1 %) 5,3—6,1 (5,7) 3,3—3,6 (3,4)
Таким образом, факторами техногенного изменения Е^-рН состояния черноземов являются, во-первых, режим увлажнения, допускающий периодический застой влаги в почве; вовторых, органические вещества, способные к сбраживанию. Глеегенная деградация свойств чернозема наблюдается при использовании для поливов ультрапресных, неминерализованных гидрокарбонатно-кальциевых и минерализованных сульфатно-кальциевых и сульфатно-натриевых вод на фоне поступления в почву углеводов, нефтяных углеводородов, растительных остатков, органических удобрений, фильтрата с полигонов ТБПО и других техногенных носителей сбраживаемых органических веществ. Интенсивность этого процесса зависит от кальциевого потенциала среды. Превентивными мерами являются регулирование водного режима, внесение извести, уменьшение поступления в почву сбраживаемых органических веществ и сульфатов.
В заключение следует отметить, что проблема техногенного глееобразования почв является весьма актуальной и имеет, по-видимому, глобальное значение. Это обстоятельство объясняется постоянным усилением техногенного давления на ОПС, в том числе распространением переувлажнения и загрязнения почв, особенно поллютантами органического происхождения.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Алексеенко В.А. Экологическая геохимия. М., 2000. 627 с.
2. Арский Ю.М., Кучерук Е.В., Овсянников В.Л. Геологические аспекты геоэкологии // Геоэкология. Инженерная геология. Гидрогеология. Геокриология. 1994. № 4. С. 3—11.
3. Архангельский И.В. Изменения геологической среды при строительстве и эксплуатации атомных станций // Там же. 1999. № 4. С. 310—313.
4. Богдановский Г.А. Химическая экология. М.: Изд-во МГУ, 1994. 237 с.
5. Векилов Э.Х. Охрана окружающей среды на нефтегазовых объектах в современных условиях // Нефтяное хозяйство. 1996. № 10. С. 47—48.
6. Гольдберг В.М., Путилина В.С. Органические загрязнители атмосферы и снежного покрова // Геоэкология. Инженерная геология. Гидрогеология. Геокриология. 1997. № 4. С. 30—39.
7. Жигалин А.Д. Изменение инженерно-геологической среды городов // Изв. АН СССР. Сер. Геология. 1990. № 4. С. 127—133.
8. Зайдельман Ф.Р. Закономерность формирования светлых кислых элювиальных горизонтов в профиле почв. Диплом № 37. Приоритет от 28 июля 1974 г. // Научные открытия (краткие описания за 1995—1996 гг.): Сб. М.: Изд-во РАЕН и ААНО, 1997. С. 14.
9. Зайдельман Ф.Р. Процесс глееобразования и его роль в формировании почв. М.: Изд-во МГУ, 1998. 316 с.
10. Инженерная геология СССР. Платформенные регионы европейской части СССР: В 2 кн. / Е.М. Сергеев, И.С. Комаров, В.Т. Трофимов и др.; Гл. ред. Е.М. Сергеев; Под ред. И.С. Комарова, Д.Г. Зилинга, В.Т. Трофимова. М.: Недра, 1991—1992.
11. Казакова И.Г., Слинко О.В. Проблема подтопления на территории России и возможные пути ее решения // Геоэкология. Инженерная геология. Гидрогеология. Геокриология. 1993. № 1. С. 43— 50.
12. Казеннов С.М., Арбузов А.И., Ковалевский Ю.Б. Воздействия объектов нефтепродуктообеспечения на геологическую среду // Там же. 1998. № 1. С. 54—74.
13. Касимов Н.С. Экогеохимия городских ландшафтов / Под ред. Н.С. Касимова. М.: Изд-во МГУ, 1995. С. 20—39.
14. Климас А.Й., Кадунас К.С. Миграция нефтепродуктов в очаге загрязнения подземных вод // Разведка и охрана недр. 1986. № 10. С. 43—46.
15. Кожевина Л.С. Микробные системы литосферы // Геоэкология. Инженерная геология. Гидрогеология. Геокриология. 1998. № 4. С. 304—309.
16. Копанев А.И., Корнилов А.Г., Капкаев Э.А. Вопросы гигиенической оценки загрязнения атмосферного воздуха выбросами предприятий нефтедобывающей, нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности // Охрана воздушного бассейна от загрязнения технологическими и вентиляционными выбросами промышленных производств: Тез. докл. Всесоюз. науч.-техн. конф. Вып. 2. Ереван, 1974. С. 81—83.
17. Коробанова И.Г., Нефедова Т.В., Черняк Э.Р. Техногенные изменения грунтов северных районов Западной Сибири в связи с прокладкой трубопроводов // Инженерная геология. 1988. С. 60—68.
18. Корольков Д.В. Твердые отходы тепловых электростанций Центральной России и их экологическое значение // Геоэкология. Инженерная геология. Гидрогеология. Геокриология. 1998. № 5. С. 51—57.
19. Крайнов С.Р., Фойгт Г.Ю., Закутин В.П. // Геохимия. 1991. № 2. С. 169—183.
20. Лакатош Г., Беликов О.Е. Микробное поражение различных видов топлива и его последствия // Нефтяное хозяйство. 2000. № 5. С. 80—81.
21. Мочалова О.С., Нестерова М.П., Антонова Н.М. Физико-химические методы защиты водноболотных экосистем от нефтяного загрязнения // Там же. 1992. № 3. С. 35—36.
22. Никифорова Е.М., Солнцева Н.П. Техногенные изменения ландшафтов под влиянием добычи горючих полезных ископаемых // Вестник Моск. ун-та. Сер. 5. География. 1984. № 6. С. 59—66.
23. Николаева С.А. Особенности почвообразования в черноземах в условиях рисосеяния // Орошаемые черноземы / Под ред. Б.Г. Розанова. М.: Изд-во МГУ, 1989. С. 211—218.
24. Норенкова И.К., Архангельская Р.А., Тарасова Т.Г. Исследование водорастворимых органических веществ, образующихся в процессе окисления нефти микроорганизмами // Геохимия. 1978. № 3. С. 408—414.
25. Орлов М.С., Кузнецов М.М. Загрязнение подземных вод коммунальной свалкой // Вестник Моск. ун-та. Сер. 4. Геология. 1988. № 5. С. 43—48.
26. Перельман А.И. Геохимия. М.: Высшая школа, 1989. 528 с.
27. Перельман А.И., Касимов Н.С. Геохимия ландшафта. М.: Астрея-2000, 1999. 768 с.
28. Пиковский Ю.И. Трансформация техногенных потоков нефти в почвенных экосистемах // Восстановление нефтезагрязненных почвенных экосистем: Сб. науч. тр. / Отв. ред. М.А. Глазовская. М.: Наука, 1988. С. 7—22.
29. Петров Г.Н. Особенности формирования подтопленных земель крупными водохранилищами и возможности их прогноза // Тр. координац. совета по гидротехнике / ВНИИГ. Л, 1970. Вып. 59. С. 94—99.
30. Середин В.В. Санация территорий, загрязненных нефтью и нефтепродуктами // Геоэкология. Инженерная геология. Гидрогеология. Геокриология. 2000. № 6. С. 525—540.
31. Солнцева Н.П. Добыча нефти и геохимия природных ландшафтов. М.: Изд-во МГУ, 1998.
376 с.
32. Ферсман А.Е. Геохимия. М. 1937. Т. 3.
33. Хлесткин Р.Н., Самойлов Н.А. О ликвидации разливов нефти при помощи растительных отходов // Нефтяное хозяйство. 2000. № 7. С. 84.
34. Хрущев А.Т., Игонина Л.Н., Чередников А.В. Характер антропогенного воздействия на окружающую среду Шебекинского промышленного узла // Вестник Моск. ун-та. Сер. 5. География. 1992. № 4. С. 27—32.
35. Шумлянский В.А., Зайченко Н.С., Мельниченко Б.Ф., Сергеев И.П. Формы железа в сульфидно-глеевом процессе изменения красноцветных песчаников полесской серии // Геологический журнал. 1981. Т. 41. № 5. С. 98—110.
36. Шилов А.Е., Штейнман А.А. Моделирование биологического окисления метана // Природа. 1995. № 6. С. 68—78.
