Изменение компонентов природной среды в природно-технической системе Оренбургского газохимического комплекса

Изменение компонентов природной среды в природно-технической системе Оренбургского газохимического комплекса

А.Г. Клунов, магистрант, Т.А. Гамм, д.с.-х.н, профессор, ФГБОУ ВО Оренбургский ГУ

Для оценки воздействия предприятия по переработке природного газа на естественный ландшафт целесообразно применять такой критерий, как опасность нарушения природного баланса на данной территории, так как в ходе хозяйственной деятельности образуется природно-техническая система, которая обязательно приходит на смену природной системе [1].

Использование почвенного метода очистки сточных вод Оренбургского газохимического комплекса на протяжении 39 лет неизбежно привела к увеличению нагрузки на литосферу, гидросферу и флору на земледельческих полях орошения (ЗПО) [2], расположенных в 10 км от с. Черноречья, на склоне к р. Чёрной.

На основе проведённых ранее исследований на ЗПО рекомендовали выращивать многолетние и однолетние травы [3]. С начала эксплуатации ЗПО ОГХК основной возделываемой кормовой культурой была суданская трава, поэтому большинство исследований проводилось на её посевах. В последние 3 года в севооборот ввели сорго, которое имеет более высокую урожайность и содержит больше кормовых единиц, поэтому оно должно стать основной культурой для получения зелёной массы на данном массиве при сборе трёх урожаев в год. Так как растения выращивают при сбросе сточных вод, актуально определить водно-физические свойства почв, содержание тяжёлых металлов, серы и питательных веществ именно в сорго.

Цель исследования заключалась в оценке существующего состояния компонентов природной среды ПТС в районе ЗПО.

Материал и методы исследования. Воду из р. Чёрной отбирали выше и ниже ЗПО по течению, а также в среднем течении возле плотины в непосредственной близости к ЗПО. Почвенные монолиты из пахотного слоя почв ЗПО отбирали на трёх участках в верхней части склона к р. Чёрной и на контрольном участке. Сорго отбирали на ЗПО и в колхозе им. Ленина (контроль).

Отборы проб воды проводили в соответствии с ГОСТом 17.4.4.02-84 [4] и ГОСТом Р 515922000 [5]. Химический состав проб почвы, вод р. Чёрной и урожая сорго определяли в испытательной лаборатории государственного центра агрохимической службы «Оренбургский». Для изучения водно-физических свойств почвы использовали почвенные монолиты, отбираемые методом пробных площадок [6]. Водно-физические свойства почвы определяли в лаборатории кафедры

экологии и природопользования Оренбургского государственного университета. Количественное определение тяжёлых металлов в урожае сорго проведено по ГОСТу 30178-96 «Сырьё и продукты пищевые. Атомно-абсорбционный метод определения токсичных элементов» [7].

В лабораторных исследованиях применяли следующие методы: колориметрический (ФЭК), титрометрический (метод Мора), комплексоно-метрический, фотометрический (с реактивом Нес-слера), гравиметрический, газовой хроматографии, атомно-абсорбционной спектрофотометрии.

Результаты исследования. Влияние сточных вод на почву выражается в изменении её водно-физических свойств: увеличивается плотность сложения, снижается влагоёмкость и уменьшается водопроницаемость. Постоянное уплотнение почвы может привести к началу процесса оглеения. Увеличение плотности сложения почвы способствует снижению фильтрационной способности почвы. Изменение водно-физических свойств пахотного слоя почвы приводит не только к снижению водопроницаемости, но и уменьшает возможные влагозапасы почвы, увеличивает объём поверхностного стока, что в итоге усиливает процесс эрозии почвы [2].

Мы определили основные водно-физические свойства пахотного слоя почв на трёх участках ЗПО, результаты исследования приведены в таблице 1.

Из представленных данных следует закономерность уплотнения верхнего слоя почвы на каждом из исследованных весной и осенью 2014—2015 гг. участков по сравнению с периодом 1986—1988 гг. Также выявлено, что плотность сложения почвы весной выше, чем осенью. Полная и наименьшая влагоёмкости в ходе эксплуатации ЗПО незначительно снижаются по сравнению с фоновыми показателями. ЗПО находятся в непосредственной близости от р. Чёрной, в которую разгружаются грунтовые воды ЗПО, поэтому мы проанализировали состав её вод выше, напротив и ниже ЗПО и сравнили полученные показатели с ПДК для водоёмов рыбохозяйственного назначения, чтобы определить влияние полей орошения на водный объект. Показатели качества речной воды представлены в таблице 2.

При изучении химического состава вод р. Чёрной выше ЗПО по течению установлено превышение ПДК для водоёмов рыбохозяйственного назначения по хлоридам. Концентрация сульфат-иона превышает ПДК как выше ЗПО, так и ниже, хотя сами показатели больше в верхнем течении реки. Выявлено значительное превышение ПДК для ионов магния и меди, содержания общего

1. Водно-физические свойства почвы ЗПО

Место отбора почвы, год Показатель Влажность почвы, % Плотность сложения (плотность) почвы, г/см3 Наименьшая влагоёмкость почвы, % Полная влагоёмкость почвы, %

Средние значения осень 1986-1988 - - 24,80 48,72

по ЗПО весна 1986-1988 - 1,13 36,33 54,08

Г № 7 осень 2014 35,3 1,197 21,32 46,59

весна 2015 45,5 1,377 32,19 51,30

Г № 15 осень 2014 22,8 1,216 20,86 44,23

весна 2015 25,0 1,346 33,59 52,70

Г № 11 осень 2014 26,8 1,235 22,40 48,72

весна 2015 30,3 1,359 32,54 51,55

Фон весна 2015 21,5 1,172 35,29 54,8

2. Химический состав вод р. Чёрной выше и ниже по течению реки от ЗПО

Год и место отбора Показатель ^^^^^^ 2001 2015 ПДК

ниже ЗПО выше ЗПО ниже ЗПО

исток плотина

С1-, мг/л 212,8 353,9 432,2 197,3 300,0

НС03, мг/л 573,4 826,6 732,0 594,7 не норм.

Б04-, мг/л 178,6 230,4 268,8 153,6 100

Ш-, мг/л - 15,8 15,0 16,2 отсут.

Са2+, мг/л 82,82 119,6 102,2 85,0 180,0

мй2+, мг/л 73,86 60,0 53,6 52,2 40,0

Жёсткость общая, мг-экв/л - 10,98 9,58 8,60 не норм.

7и2+, мг/л - 0,008 0,005 0,004 0,01

Ее, мг/л - 0,19 0,71 0,34 0,1

Си2+, мг/л - 0,056 0,085 0,061 0,001

Азот аммонийный, мг Ы/л не обн. не обн. 0,20 не обн. 0,4

Взвешенные вещества, мг/л - 23,5 20,0 5,26 10,0

ХПК, мг/л - 33,30 50,02 25,0 30,0

Нефтепродукты, мг/л не обн. 5,00 не обн. не обн. 0,05

рН, LgсН 8,0 8,02 7,58 8,13 6,5-8,5

Сухой остаток, мг/л 1186,0 820,0 1140,0 600,0 не норм.

Оседающие вещества, см3/л - 0,20 0,20 0,20 не норм.

железа, а также превышены ПДК по взвешенным веществам и ХПК. Стократное превышение ПДК по нефтепродуктам выявлено выше ЗПО по течению р. Чёрной, а так как далее по течению нефтепродукты не обнаружены, то это можно объяснить локальным загрязнением родника.

Химический состав сточных вод, используемых для орошения, является определяющим фактором урожайности и химического состава возделываемых культур. Известно, что доочистка сточных вод происходит в почве, а почва очищается при выносе химических веществ растениями [8]. В наших исследованиях мы определили содержание тяжёлых металлов, серы и некоторых питательных веществ в урожае сорго, возделываемом на ЗПО, и сравнили с аналогичными показателями для сорго на контрольном неорошаемом участке в колхозе Ленина Оренбургского района и ПДК (табл. 3, 4).

Содержание тяжёлых металлов в урожае сорго, отобранном на ЗПО, было меньше, чем на фоновом участке, но выявлено превышение ПДК по концентрации цинка на ЗПО в 3,5 раза, а на фоновом участке — в 4 раза. По меди было отмечено превышение ПДК на ЗПО в 4,5 раза, на

фоновом участке — в 5 раз. Урожайность зелёной массы сорго и её химический состав представлены в таблице 4.

Урожайность зелёной массы сорго больше на ЗПО при орошении сточными водами по сравнению с участком без орошения, но орошение даёт незначительную прибавку урожая. Содержание серы, натрия, кальция, азота и сырого протеина в зелёной массе сорго на массиве ЗПО было ниже, чем на фоновом участке.

В результате собственных исследований выявлено, что почва ЗПО за период 39-летней эксплуатации была переуплотнена, влагоёмкость стабильно снижалась на всех исследованных участках. Вла-гоёмкость почвы в весенний период была выше, чем в осенний, что явно указывает на сезонное переувлажнение почвы. Водно-физические свойства почвы оказывают негативное влияние на её химический состав и плодородие, поэтому необходима оптимизация режимов сброса сточных вод.

Установлено ухудшение экологического состояния вод р. Чёрной по сравнению с 2001 г., превышение ПДК для водоёмов рыбохозяйственного назначения по содержанию хлоридов, сульфатов,

3. Содержание тяжёлых металлов в урожае сорго, мг/кг

4. Урожайность зелёной массы сорго и её химический состав

ионов магния, общего железа и меди, ХПК, нефтепродуктов и взвешенных веществ. Обнаружены сульфид-ион и тяжёлые металлы, которых не было в 2001 г.

Наблюдается чёткое снижение всех анализируемых показателей в р. Чёрной ниже ЗПО по сравнению с показателями среднего течения. Это объяснятся, скорее всего, тем, что частично загрязняющие вещества попадают в бассейн р. Чёрной с атмосферными осадками. Также в верхнем течении реки сооружены земляные плотины, и самое высокое содержание ионов исследуемых элементов находится в стоячей воде возле плотин. Необходимо убрать запруду в среднем течении р. Чёрной, тем самым восстановить естественную скорость течения, увеличить скорость разбавления загрязнителей и обеспечить естественную очистку в период весеннего снеготаяния.

Меньшее содержание тяжёлых металлов в образцах растительного сырья с орошаемого участка объясняется тем, что ежегодно на ЗПО снимают три урожая зелёной массы, тогда как на контрольном участке — один раз в сезон. Вероятнее всего, с этим же фактором связан незначительный рост урожая сорго на ЗПО по сравнению с неорошаемым фоновым участком. Столь малый прирост урожайности за счёт орошения, а также меньшее содержание азота и протеина в сорго с орошаемого массива можно объяснить отсутствием питательных веществ в сточных водах и нарушением режимов

полива, а также практически полным отсутствием мероприятий по увеличению плодородия почв ЗПО.

Значительное превышение ПДК по содержанию меди и цинка на обоих участках обусловлено геохимическим фоном Оренбургской области. Результаты исследований свидетельствуют о том, что почва достаточно промыта и наблюдается подтягивание солей к её поверхности, поэтому мы предлагаем заменить обычный сброс сточных вод на прерывистое дождевание, что будет способствовать лучшему поступлению воды в почву.

Выводы. Река Чёрная испытывает превышение техногенной нагрузки как со стороны ОГХК, так и в результате нерационального водопользования. Сброс сточных вод на ЗПО не является доминирующим фактором ухудшения состояния реки. За последние 39 лет установлена тенденция дальнейшего ухудшения водно-физических свойств почв на ЗПО. Количественное содержание тяжёлых металлов и соединений серы в урожае сорго, выращенном на ЗПО, позволяет использовать его в хозяйственных целях, но только в составе кормосмесей с урожаем, выращенном в других местах.

Для улучшения водно-физических свойств почвы, повышения урожайности и питательной ценности кормовых культур необходимо провести ряд мероприятий: внесение навоза (до 100 т/га) и суперфосфата (до 80 кг/га) под вспашку; чередование глубокой отвальной вспашки с плоскорезной обработкой; возврат в севооборот люцерны и кукурузы; использование части урожая в качестве сидератов; гипсование.

Литература

1. Мазур И.И., Молдаванов О.И. Курс инженерной экологии: учебник для вузов. М.: Высшая школа, 1999. 447 с.

2. Гамм Т.А. Научные основы рациональной организации природно-технической системы. Екатеринбург: УрО РАН, 2003. 486 с.

3. Ковалева Н.А. Использование сточных вод для орошения // Сборник научных работ ВНИИГиМ. 1978. С. 110-117.

4. ГОСТ 17.4.4.02-84. Охрана природы. Почвы. Методы отбора и подготовки проб для химического, бактериологического, гельминтологического анализа. М.: Стандартинформ, 2008.

5. ГОСТ Р 51592-2000. Вода. Общие требования к отбору проб. М.: Изд-во стандартов, 2000.

6. Гамм Т.А., Ишанова О.С. Практикум по природопользованию: учебное пособие. Оренбург: ОГУ, 2013. 98 с.

7. ГОСТ 30178-96. Сырьё и продукты пищевые. Атомно-абсорбционный метод определения токсичных элементов. М.: Стандартинформ, 2010.

8. Степанова М.И., Калиев А.Ж. Влияние сточных вод Оренбургского газоперерабатывающего завода на мелиоративное состояние земель // Сборник научных трудов Саратовского СХИ. Саратов, 1980. С. 62-69.

9. СанПиН 2.3.2.1078-01 Гигиенические требования безопасности и пищевой ценности пищевых продуктов // Бюллетень нормативных и методических документов Госсанэпиднадзора. 2002. Вып. 4 (10).

Место сбора травы Свинец Кадмий Цинк Медь

ЗПО ОГХК 0,11 0,013 35,9 13,5

Колхоз им. Ленина 0,12 0,014 40,0 15,0

СанПиН 2.3.2. 1078-01 6,0 1,0 10,01 3,0

от 14.11.10 г. [9]

Показатели ЗПО ОГХК Колхоз им. Ленина

Урожайность зелёной 156 148

массы, ц/га

Азот, % 1,68 3,0

Сырой протеин, % 10,5 18,7

Натрий, % 0,05 0,07

Кальций, % 0,54 0,62

Сера, % 0,418 0,498