Размещено на http://www.allbest.ru/

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата географических наук

Оценка нефтяного загрязнения почв аридных территорий (на примере Астраханской области)

Специальность: 25.00.26 - Землеустройство, кадастр

и мониторинг земель

Бондаренко Анастасия Николаевна

Астрахань - 2008

Диссертационная работа выполнена в Федеральном агентстве по образованию

ГОУ ВПО "Астраханский государственный университет"

ГНУ Прикаспийский научно-исследовательский институт

аридного земледелия РАСХН

Научный руководитель: доктор географических наук, профессор

Бармин Александр Николаевич

Официальные оппоненты: доктор сельскохозяйственных наук, профессор

Григоренкова Екатерина Николаевна

кандидат географических наук, доцент

Глаголев Станислав Борисович

Ведущая организация: ГНУ Поволжский научно - исследовательский

институт эколого-мелиоративных технологий РАСХН

Защита состоится "8" ноября 2008 г. в 10.00 на заседании диссертационного совета Д.212.009.04 при Астраханском государственном университете по адресу: 414000, г. Астрахань, пл. Шаумяна, 1, ауд.101.

Факс (8512) 44-09-33

E-mail: аbarmin60@mail.ru

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Астраханского государственного университета.

Автореферат разослан "6" октября 2008 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета,

к. г. н., доцент М.М. Иолин

Общая характеристика работы

Актуальность темы. В настоящее время происходит интенсивный этап формирования нового антропогенного комплекса в Астраханской области, связанного с техногенным влиянием нефтегазовой промышленности на окружающую среду.

Одним из опаснейших негативных результатов взаимодействия человека с природой является загрязнение почв нефтью. Нарушенные земли утрачивают свою хозяйственную ценность, что приводит к дополнительным источникам экологической нагрузки.

Техногенные воздействия преобразуют почвенный профиль, неся за собой трансформацию морфологических и химических свойств почв (Трофимов, и др., 1987; Пиковский, 1988; Анисимова, 1995; Solntseva, 1997; Лавриненко, и др., 1998; Фомин, 1999; Кочуров, 2003; Кочуров, и др., 2004; Садовникова, 2006). Степень этих изменения зависит от продолжительности загрязнения, состава и концентрации компонентов нефти, ландшафтно-геохимических особенностей территории.

В качестве дополнительных источников загрязнения выделяются: разведка и добыча нефти на Каспийском море, прорыв трубопроводов, затопленные нефтяные скважины, потеря контроля над скважинами, перевалочные пункты.

Конечным результатом нефтяного загрязнения является формирование природных комплексов необычных для зональных условий. Зональные типы почв сменяются техногенными модификациями, снижается их продуктивность вплоть до необходимости вывода загрязненных земель из сельскохозяйственного оборота. Воздействие даже на один или два компонента биогеоценоза приводит к изменениям его структуры и функционирования. Исчезают популяции некоторых видов растительных и животных сообществ, обитавших в данном биогеоценозе.

В связи с вышеизложенным, тема изучения влияния нефтяного загрязнения на состояние почв Астраханской области, а также скорость их самоочищения является актуальной.

Цель диссертационной работы - оценка влияния нефтяного загрязнения на состояние разных типов почв аридной зоны и определение скорости самоочищения почв, а также оптимальных способов их рекультивации; изучение биоиндикационных свойств культурных растений по их реакции на нефтяное загрязнение почв.

Для достижения поставленной цели необходимо решение следующих задач:

1. Дать оценку экологической ситуации изучаемого региона;

2. Изучить закономерности изменений физико-химических свойств почв региона при углеводородном загрязнении;

3. Выявить динамику содержания нефтяных углеводородов в почвах в результате нефтяного загрязнения;

4. Провести анализ влияния нефтяного загрязнения на развитие сельскохозяйственных культур.

5. Разработать систему информативных показателей самоочищения почв при различных дозах нефтяного загрязнения.

Объект исследования: зональные типы почв Астраханской области, входящие в состав зоны светло-каштановых, бурых полупустынных, а также аллювиальных почв Волго-Ахтубинской поймы.

Предмет исследования - выявление ответных реакций почвенного покрова и сельскохозяйственных культур в условиях воздействия нефтяного загрязнения на территории Астраханской области.

Основные положения диссертации, выносимые на защиту:

Ш особенности современного экологического состояния экосистемы Астраханской области;

Ш особенности влияния нефтяного загрязнения на почвенно-растительный покров;

Ш динамика содержания углеводородов в почве;

Ш изменение физико-химических свойств почв при углеводородном загрязнении;

Ш снижение продуктивности сельскохозяйственных культур при нефтяном загрязнении;

Ш определение допустимого уровня углеводородного загрязнения зональных типов почв;

Ш методика способов рекультивации нефтезагрязненных почв изучаемого региона;

Методологической и теоретической основой исследования послужили труды: Ковды В.А., Аренса В.Ж., Кочурова, Б.И., Волынкина И.Н., Доспехова Б.А. и др. авторов.

Фактический материал и основные методы исследования

Материалами для исследования послужили отчеты Управления Росприроднадзора г. Астрахани. Отчеты Астраханьгазпрома. Государственные доклады "О состоянии и об охране окружающей среды РФ". Материалы к государственному докладу о состоянии природной среды по Астраханской области. Материалы Астраханского государственного университета. Фондовые материалы областной научной библиотеки им. Н.К. Крупской г. Астрахани. Результаты собственных многолетних исследований и наблюдений по нефтяному загрязнению почв Астраханской области (2004-2007 гг.). Отчеты ГНУ ПНИИАЗ РАСХН (2004-2007гг.).

Новизна исследований

· впервые на региональном уровне установлено воздействие углеводородного загрязнения на физико-химические свойства почв;

· выявлена зависимость продуктивности сельскохозяйственных культур от количественного воздействия нефти;

· выявлена перспективность фитомелиорантов для восстановления почв при углеводородном загрязнении;

аридная территория нефтяное загрязнение почва

· разработаны практические рекомендации по рекультивации почв Астраханской области, загрязненных углеводородами.

Практическая значимость работы выражена в следующем:

· полученные результаты исследования позволяют прогнозировать ответные реакции и устойчивость почв на нефтяное загрязнение; применять дополнительные технические и технологические решения выявления предельно-допустимых доз нефти на почвенный покров;

· результаты диссертационного исследования используются на лекционных и семинарских занятиях Астраханского государственного университета по курсу ("Почвоведение", "Экология почв", "Геоэкология").

Реализация и апробация исследования

Основные положения исследования докладывались на международных научно-практических конференциях: Международная научно-практическая конференция "Научно-производственное и социально-экономическое обеспечение развития комплексных мелиораций Прикаспия" (ГНУ ПНИИАЗ, 2006); 3-я Всероссийская конференция молодых ученых "Новые технологии и экологическая безопасность в мелиорации" (г. Коломна, ФГНУ ВНИИ "Радуга", 2006); Международная школа молодых ученых и специалистов "Перспективные технологии для современного сельскохозяйственного производства" (ГНУ Нижне-Волжский НИИСХ, 2006); I Международная интерактивная научная конференция "Современные аспекты экологии и экологического образования" (г. Астрахань, ЕИ АГУ, 2007); Международная научно-практическая конференция "Взаимодействие НИУ и социума в решении задач АПК" (ГНУ ПНИИАЗ, 2007); Международная научно-практическая конференция "Проблемы и тенденции устойчивого развития аграрной сферы" (г. Волгоград, ВГСХА, 2008).

Публикации: по теме диссертации опубликовано 14 работ, включая 6 статей в изданиях перечня ВАК РФ, 1 научно-практическое пособие и 1-методическая рекомендация.

Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 182 страницах компьютерного текста, включая приложения. Состоит из введения, 4 глав и заключения.

В основную часть диссертации включено: 52 рисунка,19 таблиц. Проанализированы 204 источника литературы, в том числе 19 иностранных источников.

Автор благодарит научного руководителя - д. г. н., профессора А.Н. Бармина за обсуждение результатов исследований и научные консультации. Выражает благодарность за плодотворное сотрудничество и оказанную помощь директору ГНУ ПНИИАЗ, академику РАСХН В.П. Зволинскому, зав. отделом экомониторинга, д. б. н., Е.К. Батовской.

Основное содержание работы

ВО ВВЕДЕНИИ обоснована актуальность настоящего исследования, определены цели и задачи, показана научная новизна и практическая значимость работы, сформулированы положения, выносимые на защиту.

В ПЕРВОЙ ГЛАВЕ "ПРИРОДНЫЕ УСЛОВИЯ АСТРАХАНСКОЙ ОБЛАСТИ" рассмотрены основные природные условия: физико-географическая характеристика (Природа и история Астраханского края, 1996; Ионова, 2007), геолого-геоморфологические особенности (Волынкин, 1972; Кочуров, и др., 2004, климат (Шашко, 1967; Кружилин, 1976; Сухенко и др., 2003; Жилкин, 2003), растительность (Цаценки, 1962; Лавелина и др., 1998), гидрология (Катунин, 2001; Филиппов, 2005; Кондрашин, и др., 2006), изучаемой области. Особое внимание уделено особенностям почвенного покрова (Агрохимические ресурсы …, 1967; Классификация и диагностика почв СССР, 1977; Летунов, 1992 и др.; Классификация почв России, 1997; Зволинский, 1998; Бармин, 1999; Мухортов, 2002; Бармин, и др, 2006; Федотова, и др., 2006).

ВО ВТОРОЙ ГЛАВЕ "СОВРЕМЕННАЯ ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ СИТУАЦИЯ НА ТЕРРИТОРИИ АСТРАХАНСКОЙ ОБЛАСТИ" представлены основные экологические изменения территории под воздействием различных факторов.

Астраханская область является одним из стабильно развивающихся регионов Южного федерального округа (Туркина и др., 2005; Жилкин, 2006; Маркелов, 2006). Согласно "Схеме экорегионов России", регион характеризуется очень высокой экологической напряженностью (VII ранг) (Карта …, 1996).

Современная экологическая ситуация на территории Астраханской области достаточно сложна и неоднородна. Наиболее острые экологические ситуации складываются в нижней части Волго-Ахтубинской поймы и к дельте Волги. Кроме того, северная, приграничная территория области испытывает негативное влияние промзоны Волгоград-Волжский. Наибольший по площади ареал с острыми экологическими ситуациями относится к разрабатываемому уникальному серогазоконденсатному месторождению, открытому в 1976г. в окрестностях поселка Аксарайский на левобережье Волго-Ахтубинской поймы. Граница этого ареала очерчивает общий периметр разведанного месторождения и включает несколько промцентров, связанных между собой технологическими и транспортными линиям (Аксарайск, Досанг, Нариманов, Замьяны). В пределы этого ареала входят пустынные ландшафты, развитые по левобережью и правобережью Волги, а также пойменные ландшафты нижней части Волго-Ахтубинской поймы и вершины дельты. Наиболее сложная экологическая обстановка отмечена на территории, непосредственно примыкающей к промзоне газоперерабатывающего комплекса, выбросы которого содержат вредные соединения (сероводород, диоксид серы, углекислый газ, диоксид азота и др.) и оказывают загрязняющее влияние на воздушную, водную и почвенную среды (Кочуров, и др., 2004).

В 2006 году выбросы в атмосферу загрязняющих веществ по Астраханской области составили 117,3 тыс. тонн, что на 13% меньше чем в 2005 г. Уловлено и обезврежено 16,1 тыс. тонн или 12,1% от общего количества отходящих загрязняющих веществ, 48,1 8% из них утилизировано.

Выбросы загрязняющих веществ при добыче полезных ископаемых остались на уровне 2005 г., на 23,7% увеличились выбросы при производстве и распределении электроэнергии, газа и воды; на 13,5% снизились в обрабатывающем производстве (Бюллетень «Основные показатели охраны окружающей среды в Российской федерации» за 2006 г.) (рис. 1).

Современное состояние атмосферы. Как многие другие регионы России, Астраханская область испытывает негативные последствия деятельности человека, выражающиеся в загрязнении атмосферного воздуха. (Материалы к государственному докладу …, 2005).

Рис. 1. Выбросы в атмосферу загрязняющих веществ по Астраханской области

Современное состояние почвенного покрова. На территории области преобладают зональные бурые полупустынные почвы - 35,6%, на севере области светло-каштановые почвы занимают 6,7%, солонцовые комплексы - 12,1%, интразональные аллювиальные почвы занимают 24,6%, прочие почвы - 19,2%.

Общее состояние земель следует оценить как неблагополучное, что усугубляется нерациональным природопользованием, истощительным сельскохозяйственным производством, снижением уровня культуры земледелия и резким сокращением агротехнических и фитомелиоративных мероприятий. Увеличивается площадь засоленных и дефлированных земель. По их весу в общей площади сельскохозяйственных угодий Астраханская область относится к зоне высокой степени экологического неблагополучия (2 группа из 3). За прошедшие годы произошло усиление процессов деградации и истощения почв, что привело к падению продуктивности сельскохозяйственных угодий, в том числе сенокосов и пастбищ. Это выразилось в уменьшении содержания гумуса в верхнем (пахотном) слое до 1,32% - кризисная экологическая ситуация (2 группа из 5). Низкое содержание азота в почвах отмечается в 95% сельскохозяйственных земель, а в 55% - низкое содержание фосфора. В результате нерационального землепользования прогрессирует деградация пастбищ. Все это привело к тому, что более 50% угодий в Харабалинском, Красноярском, Енотаевском, Икрянинском, Наримановском и Лиманском районах в настоящее время выведено из сельскохозяйственного оборота (Кочуров, и др., 2004; Хромов, 2006).

В процессе ведения государственного земельного кадастра в области ежегодно анализируются тенденции изменений состояния земельного фонда. Ухудшается мелиоративное состояние и состояние инженерной сети орошаемых земель. За последние 10 лет площадь орошаемых земель сократилась с 242,8 тыс. га до 219,1 тыс. га, в том числе орошаемой пашни с 235,2 до 202,5 тыс. га. В настоящее время в неудовлетворительном состоянии находится 74,4 тыс. га орошаемой пашни. На площади 128,8 тыс. га пашни необходимо проведение мероприятий по улучшению земель и технического уровня оросительных систем. За последние годы (1997-2005) списано и переведено в пастбища 14,4 тыс. га орошаемой пашни, более 50% земель по разным причинам не используются по целевому назначению.

Хозяйственное использование земель привело к прогрессирующему антропогенному опустыниванию, вторичному засолению и загрязнению почв, утрате и ослаблению почвенным покровом естественных экологических функций (Горчаков, и др., 2001).

В ТРЕТЬЕЙ ГЛАВЕ "ВЛИЯНИЕ НЕФТЯНОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ НА ОКРУЖАЮЩУЮ ПРИРОДНУЮ СРЕДУ" представлены основные изменения природных комплексов под воздействием нефтяного загрязнения.

В последнее десятилетие обострились вопросы, связанные с влиянием нефтяного производства на экологическую ситуацию в различных регионах, поскольку масштабы использования нефти постоянно возрастают. Нефть и нефтепродукты являются одними из основных и крупномасштабных загрязнителей окружающей среды. (Фомин, 1999).

Согласно официальным данным, в настоящее время в России нуждается в рекультивации 1,2 млн. га земель, пострадавших от различного типа загрязнений (Велихов, 1996). Абсолютное большинство аварийных разливов нефти вызывают сильные и во многом необратимые повреждения природных комплексов. Наиболее опасными для состояния окружающей среды являются разливы нефти. При загрязнении почв нефтепродуктами происходит изменение микробиологической активности, физико-химических свойств и т.д.

Изменение микробиологических свойств почв. Нефтяное загрязнение приводит к глубокому изменению всех звеньев естественных биоценозов. Общей особенностью всех нефтезагрязненных почв является изменение численности и ограничение видового разнообразия педобионтов (почвенной мезо - и микрофауны и микрофлоры). При этом типы ответной реакции разных групп педобионтов на загрязнение неодинаковы: количество одних возрастает, других снижается, третьих остается практически постоянным.

Изменение физико-химических свойств почв. Нефтяное загрязнение ведет к склеиванию структурных отдельностей и, как следствие, нарушению аэрации, что, в свою очередь, вызывает торможение развития растений и даже их гибели. В верхней части профиля образуется плотный битуминизированный слой. Нефтезагрязненные почвы теряют способность впитывать и удерживать влагу, для них характерны более низкая гигроскопическая влажность, водопроницаемость, влагоемкость и влаговместимость по сравнению с фоновыми аналогами; также увеличивается дисперсность почв, уменьшается структурность и степень агрегатности, снижается коэффициент фильтрации воды.

Загрязнение почв нефтью и нефтепродуктами сказывается на спектральной отражательной способности почв. Обволакивая почвенные частицы, нефть изменяет спектральные характеристики почв, снижает окислительно-восстановительный потенциал и емкость поглощения (Охрана окружающей., 1994).

Происходит изменение фильтрационных и физико-механических свойств грунтов. Фильтрация нефтепродуктов в почву создает хроматографический эффект, приводящий к ее дифференциации: в гумусо-аккумулятивных горизонтах сорбируются высокомолекулярные компоненты, содержащие смолисто-асфальтеновые и циклические соединения, а легкие углеводороды проникают в нижние минеральные горизонты. В анаэробной обстановке они могут сохраняться длительное время. (Пиковский, 1988).

Если нефтяные загрязнения характерны в основном только для районов добычи, переработки и транспортировки нефти, то загрязнения нефтепродуктами, такими как дизельное топливо, керосин, смазочные масла, мазут и т.д., распространены повсеместно (Солнцева, и др., 1985).

Самоочищение почв от нефти и нефтепродуктов происходит под действием абиотических, геохимических, биогеохимических факторов и деятельности микроорганизмов. Процесс естественного самоочищения почвенного покрова является достаточно длительным и зависит от физико-химических свойств почвы и нефти.

Биохимическое разложение основной массы разлитой нефти протекает очень медленно, так как в почвах не существует каких-либо определенных видов микроорганизмов, способных разрушить все компоненты нефти. Бактериальное воздействие на них отличается высокой селективностью, и полное разложение нефти требует воздействия разных видов, причем для разрушения образующихся промежуточных продуктов требуются свои микроорганизмы. Легче всего протекает микробиологическое разложение парафинов. Более стойкие циклопарафины и ароматические углеводороды сохраняются дольше. Тяжелые фракции нефти разлагаются очень плохо, образуя смолистые сгустки, тем самым, нарушая весь комплекс почвенных свойств - как физико-химических, так и биологических (Садовникова, 2006).

В ЧЕТВЕРТОЙ ГЛАВЕ "ВЛИЯНИЕ НЕФТЯНОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ ПОЧВ НА РАЗВИТИЕ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ КУЛЬТУР В АСТРАХАНСКОЙ ОБЛАСТИ" представлены основные изменения физико-химических свойств почв, снижение содержания углеводородов в почвах, определены основные показатели снижения продуктивности сельскохозяйственных культур.

Методы и методика опыта

Опыт был заложен в лизиметрических пластиковых сосудах (Доспехов, 1978), с площадью сосуда 0,25 м х 0,25 м в 3-х кратной повторности. Для каждого типа почвы один сосуд являлся контролем. В три остальных сосуда заливали нефть 2,5; 5,0 и 10,0 л/м². Для опыта нефть была отобрана на Долбанском месторождении в Лиманском районе Астраханской области. Объектами исследования явились зональные типы почв Астраханской области. Образцы светло-каштановых, светло-каштановых солонцовых, пойменных почв были отобраны в Черноярском районе, образцы бурых полупустынных почв отобраны в Енотаевском районе, образцы аллювиальных почв - в Лиманском и Красноярском районах. Первый почвенный отбор был произведен в 2004г., второй отбор - 2005г., третий - 2006г., четвертый отбор - 2007г. Пробы отбирались в трехкратной повторности. Испытания проб почвы и нефти проводила испытательная лаборатория ФГУ Государственного центра агрохимической службы "Астраханский".

С целью биоиндикации изменений функциональных свойств почвы, загрязненной нефтью, по реакции сельскохозяйственных растений, имеющих разную чувствительность к неблагоприятным факторам воздействия среды, был проведен вегетационный опыт.

На контрольном варианте и при дозах нефти 2,5 л/м²; 5,0 л/м²; 10,0 л/м², выращивались различные сельскохозяйственные культуры: редис, яровая пшеница, озимые - (рожь, пшеница, ячмень), салат листовой, мятлик луковичный, фасоль. Каждый вариант изучался в трехкратной повторности. Реакция растений на загрязнение почвы нефтью оценивалась визуально в процессе вегетации, а также по урожайности. Для оценки влияния нефтяного загрязнения на состояние разных типов почв использовался метод газо-жидкостной хроматографии (газовый хроматограф "Кристаллюкс-4000" с пламенно-ионизационным детектором).

Анализ проб почвы на содержание нефтепродуктов проводился методом ИК-спектрометрии. Анализ химических свойств почв проводился по следующим показателям: емкость катионного обмена (мг-экв/100 г), реакция среды (рН водн.), содержание гумуса, также проводился анализ почвы по гранулометрическому составу (%). Емкость поглощения (емкость катионного обмена) почвы определяли по ГОСТ 17.4.4.01-84. Анализ содержания гумуса проводился по ГОСТ 26213-91 фотометрическим способом. Гранулометрический состав почв определялся способом, описанным в книге "Пособие по проведению анализов почв и составлению агрохимических картограмм" (Пособие по проведению…., 1965). Анализ физических свойств почвы был проведен по трем показателям: объемный вес, удельный вес твердой фазы почв и скважность (Агрохимические методы исследования почв, 1960).

С целью определения изучаемых факторов по выявлению самоочищения почв при углеводородном загрязнении предусматривалось проведение следующих сопутствующих наблюдений:

Фенологические наблюдения - по методике Госсортсети (Методика…, 1972). Организация вегетационного опыта и наблюдений в нём осуществлялась в соответствии с общепринятыми принципами, изложенными в методических руководствах и методиках, опубликованных в отечественной специальной литературе (Молостов, 1966; Доспехов, 1985); - Анализ температурных показателей (2004-2007гг.) приводился по данным Черноярской метеостанции; - Математическая обработка данных урожайности сельскохозяйственных культур методом дисперсионного анализа по Б.А. Доспехову.

Результаты исследования

Влияние нефтяного загрязнения на физические и химические свойства почв

Анализ химических свойств почв

Проведенные наблюдения за изменением химических свойств почв, подвергшихся нефтяному загрязнению, позволяют сделать следующие выводы:

существенное увеличение емкости катионного обмена произошло при дозе нефти 2,5 л/м² на пойменной почве на 5,72 мг-экв/100г; на светло-каштановой, светло-каштановой солонцовой, аллювиальной - изменения незначительны. При той же дозе нефти 2,5 л/м² на бурой почве изменения составили 3,91 мг-экв/100 г;

при дозе нефти 5,0 л/м² на пойменной почве увеличение составило 6,03 мг-экв/100 г. На других почвах при этой же дозе изменения не существенны. На бурой почве при дозе нефти 10,0 л/м² было отмечено увеличение с 6,18 мг-экв/100 г до 11,53 мг-экв/100 г, что на других почвах не выявлено (за период 2004-2007 г). Снижение было отмечено только на контрольном варианте у светло-каштановой почвы на 1,6 мг-экв/100 г (отбор 2006 г.);

в процессе самовосстановления, у всех исследуемых почв отмечалось значительное увеличение содержания углерода. Увеличение в среднем в 1,5 раза было отмечено при дозе нефти 2,5 л/м². Таким образом, можно отметить, что изменению в той или иной степени подвергаются все химические свойства почв;

реакция среды на пойменной, бурой, аллювиальной почвах не изменяется. На светло-каштановой и светло-каштановой солонцовой почвах реакция среды незначительно смещается в сторону более щелочной (на 0,2-0,5 единицы), то есть буферности данных почв не хватает для противостояния негативному действию нефти;

на гранулометрический состав почв нефтяное загрязнение не оказывает заметного влияния (отбор 2004 - 2007 г.).

Анализ физических свойств почв был проведен по трем показателям: объемный вес, удельный вес твердой фазы и скважность. В результате, за период исследований в лабораторных условиях по изучению влияния различных доз загрязнения нефтью на зональные типы почв Астраханской области были отмечены следующие изменения физических свойств с момента заливки нефти:

для светло-каштановой, светло-каштановой солонцовой при дозе нефти 10,0 л/м², наблюдается снижение объемного веса почвы на 0,01-0,02 г. При меньшей дозе нефти 2,5 и 5,0 л/м² на этих типах почв изменения незначительны. У пойменной и аллювиальной почв объемный вес практически не изменяется;

резкое снижение удельного веса твердой фазы почв, при дозе нефти 10,0 л/м² отмечено на: светло-каштановой, светло-каштановой солонцовой. Для бурой и аллювиальной почв уменьшение данного показателя не значительно, около 0,03 г при дозе нефти 5,0 л/м²; 2,5 л/м²;

увеличение скважности наблюдается в светло-каштановой солонцовой почве при дозе нефти 2,5 л/м², 5,0 л/м² на 0,6% от начального показания скважности. Для остальных типов почв (пойменной, светло-каштановой, бурой и аллювиальной) наблюдается незначительное снижение скважности в среднем на 1-2%.

Количественный состав нефти и содержание нефтяных углеводородов в почвах

В ходе исследований оценивался количественный состав нефти, а также проводилось наблюдение за изменением содержания нефтяных углеводородов в почвах.

Исследуемая нефть представляла собой смесь алифатических и насыщенных углеводородов. В процессе наблюдения за изменением содержания общих нефтяных углеводородов в почвах выявлено, что при дозе нефти 2,5 л/м² наибольшее их содержание 5,6 г/кг отмечалось в пробах светло-каштановой и аллювиальной почвах, минимальное 3,6-4,1 г/кг - в светло-каштановой солонцовой, пойменной и бурой почвах (рис.2, 3, 4, 5,6). Указанное свидетельствует, что эти почвы являются более устойчивыми по отношению к негативному действию нефти, а пороговые эффекты их реагирования, превышение которых ведет к серьезным изменениям физико-химических свойств, при данных концентрациях не были превышены. Небольшая разница между содержанием нефтяных углеводородов при дозе нефти 2,5 л/м² и 5,0 л/м² характерна для таких почв, как пойменная, бурая и аллювиальная; - для пойменной (суглинок легкий) - 2,8 г/кг (2,5 л/м²), 4,8 г/кг (5,0 л/м²); бурой (супесь) 2,4 г/кг (2,5 л/м²), 5,6 г/кг (5,0 л/м²), аллювиальной (суглинок легкий) 4,3 г/кг (2,5 л/м²), 4,9 г/кг (5,0 л/м²). Указанное свидетельствует, что эти почвы являются более устойчивыми к негативному действию нефти. Следовательно, буферность данных почв достаточна, чтобы справляться с поступившим загрязнением. Нами было отмечено что, на светло-каштановой солонцовой почве при дозе нефти 5,0 л/м², наблюдается незначительное увеличение содержания общих нефтяных углеводородов с 9,8 г/кг (отбор 2004 г.) до 9,9 г/кг (отбор 2006 г.). На аллювиальной почве изменения были отмечены от 13,7 г/кг (отбор 2004 г.) до 15,5 г/кг (отбор 2005 г.). При дозе нефти 10,0 л/м² максимальное содержание нефтяных углеводородов отмечалось у светло-каштановой - 13,8 г/кг (отбор 2007 г.) и светло-каштановой солонцовой - 11,4 г/кг (отбор 2007 г.) почв, то есть они обладают наименьшей способностью к самоочищению.

Причиной этого может являться их тяжелый состав светло-каштановая (суглинок тяжелый), светло-каштановая солонцовая (суглинок средний), а также недостаточный доступ кислорода и низкая микробиологическая активность. В случае со светло-каштановой солонцовой почвой надо отметить, что ее способность к самоочищению резко снижается с увеличением загрязнения нефтью.

Со временем в бурой почве происходит снижение содержания нефтяных углеводородов при дозе нефти 10,0 л/м². В остальных типах почв уровень содержания углеводородов практически не меняется (отбор 2004-2006 гг.).

Отбор 2007 года показал значительное снижение содержания нефтяных углеводородов во всех типах почв при различной дозе нефти (рис. 2, 3, 4, 5, 6). По результатам проведенного эксперимента наибольшей устойчивостью к действию нефтяных углеводородов и способностью к самоочищению обладает бурая почва, так как при всех трех концентрациях содержание нефтяных углеводородов не велико. Это свидетельствует, что почва справляется с оказываемой на нее загрязняющей нагрузкой.

Рис.2. Содержание углеводородов в почве

Рис.3. Содержание углеводородов в почве

Рис.4. Содержание углеводородов в почве

Рис.5. Содержание углеводородов в почве

Рис.6. Содержание углеводородов в почве

Влияние нефтяного загрязнения на развитие сельскохозяйственных культур

Для изучения влияния углеводородного загрязнения на развитие растений нами были использованы следующие сельскохозяйственные культуры:

Редис сорт "Рубин" По результатам проведенных исследований мы получили следующие показатели (табл.1). При высоких процентах всхожести, которые варьировали в пределах 53-85% при дозе нефти 5,0 и 10,0 л/мІ на всех исследуемых почвах: пойменная, светло-каштановая, светло-каштановая солонцовая, бурая, аллювиальная, растения отличались стабильными всходами, но не была получена полноценная вегетативная масса.

Таблица 1. Влияние нефтяного загрязнения на развитие редиса сорта "Рубин"

Тип почвы	Доза нефти, л/м2	Лабораторная всхожесть, %	Вегетативная масса, кг/м2
Пойменная	Контроль	73	1,98
	2,5	93	1, 19
	5,0	85	0,50
	10,0	73	0,12
НСР05 (абс.)	-	-	0,17
Светло-каштановая	Контроль	93	1,80
	2,5	85	1,38
	5,0	60	0,25
	10,0	53	0,10
НСР05 (абс.)	-	-	0,09
Светло-каштановая солонцовая	Контроль	73	1,77
	2,5	60	1,29
	5,0	47	0,53
	10,0	53	0,12
НСР05 (абс.)	-	-	0,13
Бурая	Контроль	60	1,76
	2,5	80	1,40
	5,0	60	0,48
	10,0	53	0,12
НСР05 (абс.)	-	-	0,12
Аллювиальная	Контроль	53	1,55
	2,5	40	1,13
	5,0	40	0,56
	10,0	33	0,15
НСР05 (абс.)	-	-	0,12

При дозе нефти 5,0 л/м², на почвах: пойменная, светло-каштановая, светло-каштановая солонцовая, развитие растений было сильно замедлено. На бурой и аллювиальной почвах при дозе нефти 5,0 л/м², 10,0 л/м² в течение 2-2,5 недель развитие растений остановилось на стадии третьего листа. В дальнейшем развитие было замедлено, что сказалось на урожае (табл.1).

При дозе нефти 2,5 л/м², высокий урожай относительно других почв был получен на светло-каштановой - 1,38 кг/м², бурой - 1,40 кг/м². При дозе нефти 5,0 л/м² положительный результат получен на почвах пойменная - 0,50 кг/м², светло-каштановая солонцовая - 0,53 кг/м², аллювиальная - 0,56 кг/м². Результаты лабораторных исследований показали, что при увеличении степени загрязнения нефтью происходит значительное снижение урожая по сравнению с контрольным вариантом (рис.7).

При дозе нефти 2,5 л/м² на изучаемых типах почв отмечено снижение урожая редиса сорта «Рубин» по сравнению с контрольным вариантом от 20,4 до 39,8%, при дозе нефти 5,0 л/м² -от 63,8 до 86,1%. При дозе нефти 10,0 л/м² снижение составило -от 90,3 до 93,5%, что указывает практически на полную гибель растений. Проведенный дисперсионный анализ подтвердил, что на урожайность редиса сорта «Рубин» оказывает влияние разность гранулометрического состава почв и доза заливаемой нефти.

Яровая пшеница сорта "Краснокутка". При изучении влияния нефтяного загрязнения на развитие яровой пшеницы сорта "Краснокутка" был отмечен замедленный рост в период всходы - кущение, что одновременно усугублялось резкими летними температурными колебаниями.

В фазе трубкования, когда идет интенсивный рост и формирование генеративных органов пшеницы, наблюдалось отставание на таких почвах, как бурая и аллювиальная при дозе нефти 2,5 л/м² и 5,0 л/м². Фаза трубкования, а в последствии и фаза колошения начались в разное время в зависимости от типа почв и нефтезагрязнения. На почвах: пойменная, светло-каштановая, светло-каштановая солонцовая и аллювиальная, как на контрольном варианте, так и при дозе нефти 2,5 л/м², растения прошли все периоды вегетации практически без потерь, начиная с периода полных всходов вплоть до сбора урожая.

Формирование колоса отсутствовало на бурой почве при всех дозах загрязнения. При дозе нефти 5,0 л/м², 10,0 л/м² не было сформировано зерно на светло-каштановой, светло-каштановой солонцовой, бурой и аллювиальной почвах.

На аллювиальной и пойменной почвах растения отставали в развитии на контроле и при нефтяном загрязнении. Практически, только на контроле на всех типах почв растения дошли до стадии созревания зерна. При дозе нефти 2,5 л/м² и 5,0 л/м² на всех типах почв была отмечена щуплость зерна, что, в свою очередь, привело к уменьшению урожая.

При дозе нефти 2,5 л/м² наиболее высокая урожайность соломы была отмечена на почвах бурая - 0,059 кг/м², светло-каштановая солонцовая 0,060 - кг/м², при дозе нефти 5,0 л/м² на бурой почве - 0,024 кг/м² (табл.2).

При дозе нефти 2,5 л/м² снижение урожая от контрольного варианта составило от 22,3 до 54,4%, при дозе нефти 5,0 л/м² отклонение составило от 68,4 до 75,5%, при 10,0 л/м^{2 -} от 91,1 до 92,2% (рис.8).

Таблица 2. Влияние нефтяного загрязнения на развитие яровой пшеницы сорта "Краснокутка"

Тип почвы	Доза нефти, л/м2	Лабораторная всхожесть, %	Вегетативная масса (солома), кг/м2	Морфологические признаки
				Средняя длина стебля, см	Средняя длина корня, см
Пойменная	Контроль	66	0,077	40,11	12,70
	2,5	91	0,050	23,70	9,00
	5,0	66	0,021	26,22	11,23
	10,0	43	0,006	14,16	9,00
НСР05 (абс.)	-	-	0,005	-	-
Светло-каштановая	Контроль	75	0,090	35,29	11,70
	2,5	66	0,041	27, 20	8,50
	5,0	58	0,022	15,26	10,12
	10,0	66	0,007	13,80	8,00
НСР05 (абс.)	-	-	0,007	-	-
Светло-каштановая солонцовая	Контроль	91	0,079	30,80	10,47
	2,5	50	0,060	26,60	9,00
	5,0	40	0,022	19,00	9,00
	10,0	41	0,007	21,13	11,00
НСР05 (абс.)	-	-	0,009	-	-
Бурая	Контроль	83	0,076	29,25	11,07
	2,5	75	0,059	22,24	11,17
	5,0	66	0,024	12,50	7,25
	10,0	33	0,006	18,12	8,00
НСР05 (абс.)	-	-	0,005	-	-
Аллювиальная	Контроль	53	0,079	13,50	7,12
	2,5	58	0,047	30,00	11,00
	5,0	41	0,022	21,37	10,05
	10,0	33	0,007	19,15	9,15
НСР05 (абс.)	-	-	0,006	-	-

Проведенный дисперсионный анализ выявил, что урожайность соломы яровой пшеницы зависит от степени нефтяного загрязнения по повторностям. В процессе фенологического наблюдения было отмечено, что на всех типах почв отмечается эффект торможения роста стебля и корней.

Обобщение и анализ результатов проведенных лабораторных исследований показал отрицательное влияние различных доз нефти на урожайность яровой пшеницы сорта «Краснокутка».

Озимые культуры: ячмень - сорт "Ларец", рожь - сорт "Саратовская - 55", пшеница - сорт "Донщина"

Появление первых всходов колебалось по всем культурам от 4 до 5 дней. Высокий процент всхожести был отмечен у озимой ржи сорта "Саратовская-55" на контрольном варианте и при дозе нефти 2,5 л/м².

Выживаемость всходов определялась по соотношению количества сохранившихся растений относительно контрольного варианта. Кущение озимой ржи проходило с отставанием, в зависимости от типа почв и степени загрязнения. Весенний учет показал, что за вегетационный период, вследствие резких температурных зимних колебаний, потери оставшихся репродуктивных растений (озимой пшеницы сорта "Донщина", озимой ржи сорта "Саратовская - 55") при различном нефтезагрязнении были неодинаковы. При дозе нефти 2,5 л/м² на таких почвах, как пойменная, светло-каштановая, бурая и аллювиальная, потеря растений после перезимовки составила от 5 до 10% - (рожь) от общего количества всходов. На светло-каштановой и светло-каштановой солонцовой при той же дозе нефти 2,5 л/м² потери озимой пшеницы, в среднем, составили 5%. При дозе нефти 5,0 л/м² потери растений после перезимовки озимой ржи составили от 5 до 15% на таких почвах, как светло-каштановая, аллювиальная, пойменная, а на таких почвах как бурая и светло-каштановая солонцовая, от 15 до 23%. Озимый ячмень сорта "Ларец" погиб на двух исследуемых почвах: светло-каштановой и светло-каштановой солонцовой при всех вариантах загрязнения, после перезимовки.

Наиболее сильное ингибирующее действие нефти на рост и развитие наблюдалось при дозе нефти 10,0 л /м². Выявлено, что с возрастанием нефтезагрязнения в почве происходят разнонаправленные изменения активности роста (табл. 3,4).

Отрицательное влияние низких температур на растения проявилось вследствие зимних повреждений. Для растений, поврежденных в зимний период, фаза выхода в трубку явилась критической, так как нормальное снабжение растущих надземных органов элементами питания нарушалось в связи с неполным восстановлением (регенерацией) корневой массы. В связи с отставанием поврежденных растений в развитии, этапы онтогенеза у них проходили в иных, как правило, более жестких гидротермических условиях, что отрицательно влияло на формирование урожая. Также следует отметить, что озимый ячмень как в вариантах с дозами нефти 2,5 л/м², 5,0 л/м², 10,0 л/м², так и на контрольном варианте оказался неустойчивым к зимним температурным колебаниями. Крайне неблагоприятные условия как для прорастания семян, так и для вегетирующих молодых растений, сложились на вариантах при дозах нефти 5,0 л/м² и 10,0 л/м² на всех типах почв. Наибольший расход влаги отмечался в период быстрого роста - от выхода в трубку до колошения. При высоких дозах нефти период от выхода в трубку до колошения оказался критическим в развитии озимой пшеницы, что вызвало образование мелких и малопродуктивных колосьев, вследствие чего урожай зерна резко снизился.

Основываясь на результатах наблюдений, необходимо отметить отрицательное влияние нефтяного загрязнения на фазу кущения озимой пшеницы. Поздно возникающие стебли задерживали фазу колошения, что привело к неравномерности созревания растений.

Высокий выход зерна по сравнению с выходом соломы, был отмечен на пойменной и светло-каштановой солонцовой почвах как на контрольном варианте, так и при дозе нефти 2,5 л/м². Отмечено, что высота надземной части растений, сухая масса (солома), масса зерна в опытных вариантах с увеличением концентрации нефти резко снижается.

Таблица 3. Влияние нефтяного загрязнения на развитие озимой ржи сорта "Саратовская - 55"

Тип почвы	Доза нефти, л/м2	Лабораторная всхожесть, %	Вегетативная масса (солома), кг/м2	Морфологические признаки
				Средняя длина стебля, см	Средняя длина корня, см
Пойменная	Контроль	70	0,082	61,6	12,80
	2,5	75	0,061	85,3	13,80
	5,0	70	0,037	33,4	10, 20
	10,0	50	0,019	15,0	9,00
НСР05 (абс.)	-	-	0,007	-	-
Светло-каштановая	Контроль	45	0,090	52,2	12,50
	2,5	35	0,058	59,3	12,70
	5,0	30	0,027	35,0	9,50
	10,0	30	0,018	10,5	6,40
НСР05 (абс.)	-	-	0,006	-	-
Светло-каштановая солонцовая	Контроль	50	0,088	80,0	14,50
	2,5	40	0,064	84,0	16,00
	5,0	50	0,029	25,7	9,25
	10,0	35	0,016	11,3	6,54
НСР05 (абс.)	-	-	0,006	-	-
Бурая	Контроль	60	0,088	57,3	10,70
	2,5	65	0,054	37,4	9,90
	5,0	65	0,028	36,3	9,00
	10,0	40	0,016	12,7	6,60
НСР05 (абс.)	-	-	0,006	-	-
Аллювиальная	Контроль	55	0,083	61,0	11,25
	2,5	40	0,048	57,1	10, 20
	5,0	35	0,022	47,2	9, 20
	10,0	40	0,016	11,3	6,25
НСР05 (абс.)	-	-	0,002	-	-

Таблица 4. Влияние нефтяного загрязнения на развитие озимой пшеницы сорта "Донщина"

Тип почвы	Доза нефти, л/м2	Лабораторная всхожесть, %	Вегетативная масса (солома), кг/м2	Морфологические признаки
				Средняя длина стебля, см	Средняя длина корня, см
Светло-каштановая	Контроль	65	0,092	29,17	7,43
	2,5	60	0,059	28,10	9,50
	5,0	50	0,038	19,50	8,50
	10,0	35	0,018	12,43	7,48
НСР05 (абс.)	-	-	0,005	-	-
Светло-каштановая солонцовая	Контроль	45	0,090	31,10	9,37
	2,5	40	0,070	28,15	8,17
	5,0	30	0,040	16,27	7,53
	10,0	20	0,016	11,09	7,12
НСР05 (абс.)	-	-	0,004	-	-

Особенно это проявляется на таких почвах, как пойменная, бурая, светло-каштановая солонцовая. Не получен урожай зерна пшеницы на таких почвах, как светло-каштановая при дозе нефти 2,5 л/мІ, 5,0 л/мІ, 10,0 л/мІ и светло-каштановая солонцовая; при тех же дозах отсутствует урожай зерна и на контроле. За пороговое значение можно принять дозу нефти 5,0 л/мІ, при которой значительно снижается урожай зерновых.

Высокий урожай соломы озимой ржи сорта "Саратовская-55" при дозе нефти 2,5 л/м² получен на светло-каштановой солонцовой почве - 0,064 кг/м², при дозе нефти 5,0 л/м² на почвах: пойменная - 0,037 кг/м² и светло-каштановая солонцовая - 0,029 кг/м² (табл.3). Значительное отклонение урожая озимой ржи от контрольного варианта отмечено на аллювиальной, светло-каштановой, светло-каштановой солонцовой почве при дозе нефти 5,0 л/мІ - от 54,8 до 73,4%, при дозе нефти 10,0 л/мІ - от 78,0 до 81,8% (рис.9).

При дозе нефти 2,5 л/мІ, урожайность соломы озимой пшеницы сорта «Донщина» на светло-каштановой почве составила - 0,059 кг/м², на светло-каштановой солонцовой почве - 0,070 кг/м² (табл. 4).

Отклонение урожая озимой пшеницы сорта «Донщина» от контрольного варианта при дозе нефти 5,0 л/мІ на почвах светло-каштановой составило 56,1%, светло-каштановой солонцовой 58,6%. При 10,0 л/мІ снижение от контроля составило 81%.

Салат листовой сорт "Сверхранний". Первые всходы появились через 6-7 дней на контрольном варианте и через 8-9 дней на нефтезагрязненных вариантах. Из проведенных нами исследований было установлено, что даже при дозе нефти 2,5 л/м² практически прекращается рост и дальнейшее развитие растений. При таких условиях формируется только маленькая розетка.

Проведенные исследования выявили определенную закономерность отрицательного влияния нефтяного загрязнения, что было выражено в замедленном темпе роста и развития салата листового сорта "Сверхранний".

Было установлено, что в среднем высота растений не превышает 4-8 см. По результатам проведенных исследований, были сделаны выводы, что при дозе нефти 2,5 л/мІ получен высокий урожай зеленой массы салата листового сорта "Сверхранний" на почвах: пойменная - 1,80 кг/мІ, светло-каштановая - 1,99 кг/мІ (табл.5).

Следует отметить, что на светло-каштановой почве при дозе нефти 2,5 л/мІ, 5,0 л/мІ, был получен более высокий урожай, чем на других почвах при той же дозе нефти (табл.5). Анализ динамики отклонения урожая салата листового сорта "Сверхранний" от контрольного варианта на почвах пойменная, светло-каштановая, светло-каштановая солонцовая, бурая и аллювиальная, выявил следующую закономерность.