Агротехнические мероприятия и их роль в восстановлении нефтезагрязненных почв

 

Значительная площадь сельскохозяйственных угодий ежегодно теряется в результате процессов водной и ветровой эрозии почв, что обусловлено, как правило, неправильным использованием земельных ресурсов и несоблюдением необходимого комплекса противоэрозионных мероприятий. Ввиду сокращения общей площади сельскохозяйственных угодий остро встает вопрос об их рациональном использовании, получении большего количества сельскохозяйственной продукции с одного гектара земли. Кроме того, приобретает большую актуальность проблема освоения новых площадей под сельскохозяйственное производство путем восстановления их природного плодородия, нарушенного в результате хозяйственной деятельности человека и процессов водной и ветровой эрозии. Определенным резервом в этом отношении являются земли, занятые овражно-балочными системами, освоение которых и вовлечение в сельскохозяйственный оборот дает возможность не только получать определенное количество дополнительной продукции, но и способствует облагораживанию ландшафта местности, улучшению её санитарно-гигиенических условий и служит общим целям охраны природы.

При освоении, обустройстве и эксплуатации месторождений нефти и газа в значительной мере изменяется природный ландшафт и идет интенсивное загрязнение земель. Почвенный покров — основной элемент ландшафта — первым принимает на себя «экологический удар». В связи с механическим нарушением и нередко химическим загрязнением происходит постепенная деградация почв, которая стала одной из основных экологических проблем нефтегазового комплекса.

Основными загрязняющими веществами, образующимися в процессе добычи и переработки нефти, являются углеводороды (48 %) и оксид углерода (44 %). Нефть содержит около 30 металлов, среди которых максимальные концентрации ванадия и никеля. В отличие от многих антропогенных воздействий, нефтяное загрязнение оказывает комплексное воздействие на окружающую среду и вызывает ее быструю отрицательную реакцию. Хронические разливы нефти, нефтепродуктов, соленых пластовых вод, выносимых эксплуатационными скважинами вместе с нефтью и газом, приводят к уменьшению продуктивности земель и деградации ландшафтов.

Для примера, в Чеченской Республике загрязнение почв пестицидами и минеральными удобрениями имеет место в сельскохозяйственных районах и связано в основном с нарушениями регламента применения этих веществ и с их неудовлетворительным хранением. Суммарный индекс пестицидной нагрузки на пахотные земли составляет 400–800 и более. Примерно на 40 % сельскохозяйственных территорий существует многократное превышение допустимого содержания пестицидов в почвах. В республике выделяются восемь населенных пунктов с уровнем загрязнения почв, не менее чем в два раза превышающим фоновые значения. В районе пгт. Горагорского и пос. Чири-Юрт такое загрязнение отмечается на площади 10 км2, в г. Новогрозненском — 25–60 км2, в городах Гудермес и Аргун — 150–250 км2, в районе г. Грозного — 200 км2. В системе агротехнических мер по сохранению и повышению плодородия почв и земель Чечни приоритетное значение занимают органические и минеральные удобрения. Доля их положительного влияния на увеличение биомассы составляет 30–40 %. Установлено, что в степной зоне первым в минимуме находится фосфор, в лесостепной — азот и фосфор, а в предгорной зоне — азот, калий и фосфор. 95,8 % пашни ЧР имеет недостаточный уровень обеспеченности фосфором. 99 % пашни степной и лесостепной зон имеет высокое и очень высокое содержание калия. По азоту, к сожалению, невозможен долгосрочный прогноз. Наиболее объективным показателем обеспеченности полевых культур азотом является содержание нитратов в слое 0–40 см.

После разлива, как правило, сначала загрязняется нефтью органоминеральный слой почвы, но через 2–3 года углеводороды обнаруживаются на глубине до 140–160 см. На пашне глубина проникновения выше, чем на лугах. В лесотундровых ландшафтах Западной Сибири нефть поглощается органическим слоем почвы и, особенно, торфом, пористым грунтом. Препятствуют проникновению нефти вглубь барьеры — экраны (тяжелые грунты и глеевые горизонты), но по этим экранам нефть может мигрировать в горизонтальной плоскости. В насыщенную водой почву нефть глубоко не проникает, абсорбируясь с мхами, травой органогенным слоем. В верхнем слое обычно задерживаются смолы и асфальтены, а легкие фракции нефти могут проникать в грунтовые воды, но чаще в течении года испаряются или разлагаются.

При механическом разрушении почвенного профиля, как правило, происходит частичное или полное уничтожение гумусоаккумулятивных горизонтов, определяющих актуальное плодородие, перемешивание материала разных горизонтов, выполняющих в ненарушенном ландшафте самостоятельную экологическую функцию, внедрение подстилающих пород с неблагоприятными физическими свойствами и низким потенциальным плодородием.

Агрохимическими методами рекультивации следует комплекс мероприятий, который включают вспашку и рыхление нефтезагрязненной почвы, внесение минеральных удобрений и проведение мелиоративных работ на загрязненной территории, а также посевов сидеральных культур. В случае необходимости возможна замена загрязненного верхнего слоя грунта плодородным субстратом. Весь комплекс агротехнических мероприятий — рыхление почвенных слоев, создание нормального соотношения между углеродом и азотом, известкование и гипсование, внесение необходимых макро- и микроэлементов — направлен на активизацию естественных процессов, происходящих в почве, оптимизацию условий жизнедеятельности почвенной микробиоты. Биологическая очистка почвы и грунтовых вод, загрязненных различными органическими веществами, имеет значительное преимущество по сравнению с обычно применяемыми методами, поскольку при биологическом разложении вредных веществ до СО2, Н2О и неорганических солей сохраняется биологическая активность почвы.

Проблема рекультивации земель, загрязненных нефтепродуктами чаще всего затруднена чрезвычайно высоким уровнем их загрязнения, препятствующим деятельности углеродоокисляющих бактерий и естественному самоочищению. В связи с этим в каждой конкретной ситуации, в зависимости от масштаба и характера распределения загрязнения, вырабатывается оптимальная технология рекультивации горных пород и заключенных в них подземных вод. Лимитирующим климатическим фактором является влагообеспеченность. Территория располагается в засушливых условиях, коэффициент увлажнения составляет 0,45 и количество осадков не превышает 300–400 мм в год. Летом преобладают ветра восточного и западного направления, иссушающие воздух и почвы. Естественный процесс минерализации нефти достаточно длителен, поэтому необходимо мероприятия, которые могли бы ускорить данный процесс. Восстановление загрязненных нефтью земель — многоэтапный процесс, каждая стадия которого соответствует определенной последовательности естественной геохимической и биологической деструкции поступивших в почвы нефтяных углеводородов.

Функциональное назначение основной обработки почвы — создание оптимального сложения пахотного слоя. Благодаря этому достигается благоприятный водный, воздушный, биологический и тепловой режимы почвы, обеспечивающие интенсивную минерализацию органического вещества почвы — резерва пищи для растений. Но главным требованием к любой механической обработке является предотвращение или снижение допустимых пределов водной и ветровой эрозии. Реализация этого требования может быть успешной, если приемы обработки выполняются с учетом особенностей почвенного покрова, биологических возможностей полевых культур, фитосанитарной обстановки и энергоресурсосбережения. Для примера в эрозионно-опасных зонах Чеченской Республики в структуре посевных площадей 60–70 % занимают зерновые культуры, 10–15 % — пропашные. В результате этого 70–80 % пахотных земель, вследствие проведения основной, предпосевной, паровой и других обработок, лишаются растительного покрова и пожнивных остатков. Подобная ситуация складывается потому, что преобладающим приемом основной обработки является вспашка. Она живуча и широко используется в практике земледелия, так как имеет свои плюсы и минусы. В условиях дефицита средств и из-за дороговизны удобрений и пестицидов хозяйства не могут использовать их на фоне почвозащитных обработок, вследствие чего последние часто проигрывают вспашке, которая особенно эрозионно-опасна на склонах. Приемы основной обработки по-разному защищают почву от эрозии и оказывают влияние на сохранность и воспроизводство гумуса. В этом отношении ведущее положение занимает система плоскорезной обработки почвы. Она решила проблему защиты обширных эродированных территорий Казахстана и юга Западной Сибири.

Использование фитомелиоративного эффекта является перспективным направлением улучшения физического состояния почв. Наиболее быстро восстанавливаются такие физические свойства почв, как плотность, пористость, структурный состав. Более длительное фитомелиоративное воздействие требуется для восстановления водопрочности агрегатов. Эффективность фитомелиоративного улучшения почв связана с биологической продукцией растений, которая в свою очередь отражает климат.

Очень часто на практике применяют такие широко распространенные мелиоранты, как навоз и солома. Навоз ускоряет процесс эмульгирования и микробиологического разложения токсических компонентов отработанных буровых растворов. Добавление соломы способствует аэрации почвы и развитию почвенных микроорганизмов. С соломой вносится значительное количество лигнина, представляющего собой резерв для адсорбции углеводородсодержащих веществ.

Для восстановления плодородия земель сельскохозяйственного назначения в период биологической рекультивации вносят навоз и известь. Рекультивацию нефтезагрязненных земель, нарушенных при бурении нефтяных скважин пластовыми водами со слабой минерализацией, проводили путем внесения мелиоранта (фосфогипса) и навоза. Очистку осуществляли в течение трех лет.

При малой степени загрязнения 10 л. на 1 м2 почвы для восстановления земель достаточно многократной механической обработки почвообрабатывающими машинами: плугами, культиваторами, оборудованными пассивной или активной рабочей частью. Полная рекультивация достигалась в течение года. Если степень загрязнения достигала 24 л. на 1 м2, рекультивацию проводят в течение двух лет. К механическим мерам воздействия добавляют агротехнические: проводили известкование, гипсование, вносили минеральные и органические удобрения, применяли эмульгаторы.

Полная рекультивация достигается в течение трех лет. Таким образом, с помощью агротехнических приемов можно ускорить процесс самоочищения нефтезагрязненных почв путем создания оптимальных условий для проявления потенциальной катаболитической активности углеводородокисляющих микроорганизмов, входящих в состав естественного микробиоценоза.

Органическое вещество является не только источником питания растений, но и выполняет большую эколого-физическую функцию у почв, в т. ч. и черноземов. У него существенно шире ассортимент питательных веществ, чем у минеральных удобрений. С помощью почвенной биоты можно регулировать процессы его трансформации и доступность растениям элементов питания. Количество поступающих в почву растительных остатков непосредственно влияет на формирование структуры почвы, водного, воздушного и теплового режимов. При этом повышается пористость агрегатов, их влагоемкость и водоудерживающая способность почв. Заметно возрастает поглотительная способность, буферность и санитарно-защитная функция и как следствие, продуктивность агроценозов. Выше показано повсеместное снижение содержания гумуса в почвах региона. Это означает, что в почву ежегодно поступает меньше фитомассы, чем необходимо для поддержания равновесного экологически стабильного состояния. Это убедительно доказано многими специальными исследованиями.

 

Литература:

 

1.      Гаджиев Н. Г., Гакаев Р. А. Внедрение культурных фитоценозов с целью улучшения состояния нарушенных почв (на примере Чеченской Республики). В сборнике: Актуальные проблемы экологии и природопользования Сборник научных трудов. 2014. С. 227–230.
2.      Гаджиев Н. Г. Гакаев Р. А. Почвенные экосистемы под влиянием техногенного воздействия и некоторые вопросы по их улучшению (на примере Чеченской Республики). В сборнике: Актуальные проблемы экологии и природопользования Сборник научных трудов. 2012. С. 227–230.
3.      Гакаев Р. А. Нефтезагрязненные почвы Чеченской Республики: их современное состояние и перспективы оптимизации. В сборнике: Человек и окружающая среда: друзья или враги? Материалы Международной научной конференции. 2011. С. 7–9.
4.      Гакаев Р. А., Гаджиев Н. Г. Восстановление севооборота на нефтезагрязненных землях Чеченской Республики. В сборнике: Экологический интеллект — 2013 Материалы VIII Международной научно-практической конференции молодых ученых. Днепропетровский национальный университет железнодорожного транспорта. 2013. С. 101–103.
5.      Гакаев Р. А. Восстановление продуктивности земель подверженных негативному воздействию нефтекомплекса Чеченской Республики посадкой многолетних насаждений. В сборнике: Международная научная конференция, посвященная 500-летию армянского книгопечатания и 65-летию основания СНО ЕГУ Материалы Международной научной конференции, посвященной 500-летию армянского книгопечатания и 65-летию основания СНО ЕГУ. 2013. С. 89–92.
6.      Гакаев Р. А., Убаева Р. Ш., Чатаева М. Ж., Вагапова А. Б. Фитомелиоративный подход врекультивации нефтезагрязненных земель Чеченской Республики. Наука и бизнес: пути развития. 2012. № 8 (14). С. 009–013.
7.      Жлудко В. В., Сердюк Н. И. Мероприятия по минимизации воздействия загрязненных почв на подземные воды в г. Грозный Чеченской республики. http://www. eco-oos.ru/ biblio/ konferencii/ sovremennye-problemy-ekologii/18/
8.      Кузнецов Ф. М., Козлов А. П., Середин В. В., Пименова Е. В. Рекультивация нефтезагрязненных почв. Учебное пособие / Пермь, 2003.
9.      Рашидов М. У., Гакаев Р. А. К вопросу взаимоотношения общества и природы в Чеченской Республике. Вопросы современной науки и практики. Университет им. В. И. Вернадского. 2007. Т. 2. № 3 (9). С. 146–149.
10. Сааева Х. А. Комплексное воздействие растительности на улучшении почв загрязненных нефтью и нефтепродуктами [Текст] / Х. А. Сааева // Молодой ученый. — 2015. — № 20. — С. 159–163.
11. Убаева Р. Ш., Гакаев Р. А., Гайрабеков Х. Т., Ахмиева Р. Б. Природные условия реабилитации нефтезагрязненных почвенных экосистем Чеченской Республики. Глобальный научный потенциал. 2012. № 19. С. 85–88.
12. Хмурчик В. А., Иларионов С. А., Маркарова М. Ю., Назаров А. В., Назаров А. В. Нефтезагрязненные биогеоценозы: процессы образования, научные основы восстановления, медико-экологические проблемы. Пермь, 2008.
13. Шилова И. И. Биологическая рекультивация нефтезагрязненных земель в условиях таежной зоны. Восстановление нефтезагрязненных почвенных экосистем: Сб. науч. тр./ М.: — Наука, 1988.
14. Электронный ресурс: http:// abc.vvsu.ru/books/ecolog_tocsicolog/ page0009.asp