Модель влияния морфологических признаков почвы на динамику содержания в ней нефтепродуктов

2. Существует специфичность в динамике выделения углекислого газа почвенными микроорганизмами в зависимости от природы биотопа.

3. Наиболее высокой интенсивностью «дыхания» почвы отличается луг и болото.

4. Наибольшее количество углекислого газа в почвах корни растений и микроорганизмы выделяют в наиболее теплые месяцы года.

5. Продуцирование корнями растений и микроорганизмами углекислого газа в почве зависит от природы биотопа. Наибольше выделение углекислого газа корнями и микроорганизмами наблюдается в почвах луга и болота.

Список литературы

1. Андреюк Е.И., Путинская Г.А., Дульгеров А.Н. Почвенные

микроорганизмы и интенсивное землепользование. -Киев: Наукова Думка, 1988. - 192 с.

2. Красильников H.A. Микроорганизмы почвы и высшие расте-

ния. - Москва: Изд-во академии наук СССР, 1958. - 464 с.

3. Мишустин E.H. Микроорганизмы и плодородие почвы. -

Москва: Изд-во академии наук СССР, 1956. - 248 с.

УДК 631.41

Н.П. Несговорова, В.Г. Савельев Курганский государственный университет

МОДЕЛЬ ВЛИЯНИЯ МОРФОЛОГИЧЕСКИХ ПРИЗНАКОВ ПОЧВЫ НА ДИНАМИКУ СОДЕРЖАНИЯ В НЕЙ НЕФТЕПРОДУКТОВ

Аннотация

Целью данной статьи является обобщение полученных эмпирических данных в процессе опытно-экспериментальной работы по изучению влияния морфологических признаков почвы на динамику попавших в нее нефтепродуктов. Представлена разработанная векторная модель взаимодействия компонентов почвы и нефтепродуктов, позволяющая проследить и оценить особенности динамики нефтепродуктов в морфологически различных почвах.

Ключевые слова: почва, нефтепродукты, морфологические признаки почвы, модель.

N.P. Nesgovorova, V.G. Savelyev Kurgan State University

MODEL OF THE EFFECT OF MORPHOLOGICAL TRAITS OF SOIL ON THE DYNAMICS ITS OIL CONTENT

Annotation

The purpose of this article is to summarize the empirical data in the experimental work on the effect of 52

morphological traits of soil on the dynamics its oil content. The developed vector model of interaction between the components of the soil and oil products is presented; it allows monitoring and evaluating the features of the dynamics of petroleum products in morphologically different soils.

Key words: soil, oil, morphological features of the soil, the model.

Загрязнение природной среды нефтью и нефтепродуктами - одна из актуальных экологических проблем конца XX- начала XXI вв. Нефтяные загрязнения обнаруживаются повсеместно: в водоемах, почвах, подземных водоносных горизонтах, имеют поистине глобальное распространение [2]. Актуальность рассматриваемой проблемы обусловлена тем, что год от года увеличивается техногенное воздействие на природу, связанное не только с добычей и переработкой нефти, но и с использованием полученных нефтепродуктов на автозаправочных станциях (АЗС).

На территории города Кургана более 29 АЗС, следовательно, вместе с площадью санитарно-защитных зон около 0,3 км занимаемых г. Курганом почв подвергается ихтехногенному воздействию.

Объект исследования: почвы, почво-грунты вокруг АЗС г.Кургана.

Предмет исследования: динамика нефтепродуктов в почве.

Методы исследования: теоретические: анализ литературы по теме исследования, моделирование; экспериментальные: модельные эксперименты, определение морфологических признаков почвы, определение содержания нефтепродуктов в почве (ГОСТ 17.0.0.02-79; ПНД Ф 16.1.41-04) [5].

Опытно-экспериментальная работа проводилась в несколько этапов. Первый этап имел целью выявление влияния морфологических признаков почвы на глубину проникновения нефтепродуктов и реализовался в процессе постановки и проведения модельных экспериментов. Сущность первого модельного эксперимента заключается в искусственном загрязнении почвы нефтепродуктами в различных концентрациях (50мг\кг; 100мг\кг; 500мг/кг) и установлении глубины их проникновения. Для эксперимента был выбран грунт -по механическому составу песок и глина, обладающий максимальной и минимальной пропускной способностью воды. Входе исследования были установлены пограничные величины проникновения нефтепродуктов в почву (рис.1). Выявлено, что пропускная способность почв с разным механическим составом должна находиться в пределах min и max границ.

Полученные результаты позволяют установить динамику пропускной способности песка и глины. Песок в силу морфологических особенностей, связанных с размерами частиц, их химическим составом, обладает большим пропускным эффектом по сравнению с глиной.

Цель второго модельного эксперимента состояла в определении динамических зависимостей глубины проникновения нефтепродуктов, искусственно по-

ВЕСТНИК КГУ, 2012. №3

павших в почву, от ее морфологических признаков (механического состава, структуры). Для выявления данной зависимости были отобраны образцы почв с разным механическим составом (песок рыхлый, песок связанный, супесь, суглинок лёгкий, суглинок средний, суглинок тяжелый и глина).

50 100 500 ПДКмг/кг

Рис.1. Зависимость глубины проникновения нефтепродуктов в почву

В процессе опытно-экспериментальной работы выявлена следующая динамика распространения загрязнителя в почве. Изучение влияния механического состава почвы выявило то, что наибольшей пропускной способностью обладают легкие почвы, наименьшей - тяжёлая глина. Кроме того, изучение влияния структуры почвенного покрова показало, что ее особенности оказывают влияние на глубину проникновения нефтепродуктов в почву. Бесструктурные почвы обладают меньшей пропускной способностью (рис.2).

Следующий этап экспериментальной работы был посвящен исследованию почво-грунтов АЗС (автозаправочных станций) г.Кургана, определению их ключевых показателей (механический состав, структура, окрас, новообразования, включения, количество гумуса, химическое поглощение, физическое поглощение, кислотность почвы (актуальная и обменная)).

Отбор почво-грунтов проводился в различных районах города Кургана таким образом, чтобы выполнить следующие требования: а) был представлен, по возможности, весь спектр основных морфологических особенностей почв; б) территориально представлены все районы города; в) учет максимальной территориальной концентрации АЗС. Для сравнения были отобраны фоновые образцы почв в рамках защитных зон АЗС.

мм

Рис.2. Зависимость глубины проникновения нефтепродуктов (мм) от механического состава почвы

Отобранные образцы почво-грунтов удалось разделить на три типа механического состава (лёгкий суглинок, средний суглинок, супесь), два вида структуры (комковатая, зернистая). Окрас почвы сугубо индивидуален для каждого образца почвы. В почвах присутствуют новообразования в виде корней и засохших стеблей отмерших растений, встречаются инородные включения, как правило, - щебень различной величины, камни и пластиковые изделия.

Как известно, в системах, находящихся в равновесии, при изменении какого-либо компонента легко обнаружить последствия воздействия, сказывающегося в первую очередь на каких-либо характеристиках, определяющих ее баланс [3]. Поэтому при выборе эталонного образца нами взят почво-грунт с ориентацией, в первую очередь, на кислотность почвенного раствора. Почво-грунты с нейтральной актуальной кислотностью, более пригодной для развития как микробных сообществ, так и растительных организмов. Среди наших объектов нашлось два таких образца. Остальные разделены на две группы: с кислой и щелочной средой. Так, в образцах 2 и 5 актуальная кислотность составляет (7,8; 7,36) соответственно.

Изучение поглотительной способности почв позволило сделать следующие выводы: почво-грунты под номерами 1, 3 и 5 не обладают физическим поглощением, почвенные образцы 2 и 6 обладают неполным поглощением. Для образца 4 характерно полное физическое поглощение (табл. 1). Полученные результаты позволяют предположить, что образцы под номерами 1,3 и 5 должны иметь меньшую способность адсорбировать молекулы веществ, находящихся в состоянии молекулярных растворов. Однако нефть и ее производные в виде различных нефтепродуктов имеют иную молекулярную природу, благодаря которой при попадании в почву они могут не поглощаться структурными агрегатами, а находиться в межагрегатном пространстве.

Таблица 1

Концентрация нефтепродуктов в образцах почво-грунтов

№ образца АЗС Эксперимент альные образцы Фоновые образцы

1 «Лукойл» 333 мг/кг 266 мг/кг

2 «КТК» 633 мг/кг 166 мг/кг

3 «Транс ойл» 500 мг/кг 433 мг/кг

4 «Роснефть» по пр. Голикова 115 мг/кг 73 мг/кг

5 «Роснефть» Галкинский мост 461 мг/кг 433 мг/кг

6 Служба ГСМ 166 мг/кг 100 мг/кг

Химическое поглощение определяется образованием малорастворимых и нерастворимых солей в ре-

СЕРИЯ «ЕСТЕСТВЕННЫЕ НАУКИ», ВЫПУСК 5

53

зультате постоянно происходящих обменных химических реакций между веществами почвенного раствора, в том числе и реакций между ионами и коллоидами почвы с созданием прочного соединения, химические элементы которого не доступны для питания растений. Наши исследования показали, что почво-грунты АЗС под номерами 1,2,3 и 5 обладают значительной химической поглотительной способностью (от 21% до 34%), что указывает на способность удерживать и накапливать в своем составе различные загрязняющие вещества, в том числе и нефтепродукты.

Определение в образцах почво-грунтов количества нефтепродуктов показало, что наиболее загрязнены ими почво-грунты АЗС под номерами 2,3 и 5. Максимальное содержание нефтепродуктов наблюдается в почвах АЗС «КТК» и составляет 633мг/кг. Наименее загрязнены почво-грунты АЗС под номерами 1,4 и 6, минимальное количество нефтепродуктов обнаружено в почвах АЗС «Роснефть» по проспекту маршала Голикова, составляет 115мг/кг. Фоновые образцы менее загрязнены. Диапазон различий с экспериментальными образцами составил 50-100 мг на кг почвы.

Сопоставление показателей содержания нефтепродуктов с показателями качественных характеристик почво-грунтов позволило выявить следующую зависимость - по мере снижения содержания гумуса в почвах и роста способности к химическому поглощению наблюдается увеличение в них концентрации нефтепродуктов.

Целью заключительного этапа опытно-экспериментальной работы явилось построение модели влияния морфологических признаков на динамику содержания нефтепродуктов в почве. Модель выстраивалась на основе выявленных корреляционных зависимостей изученных показателей почв, почво-грунтов, которые подтверждаются значимыми коэффициентами корреляции (рис.3).

Механшссиийсостлй Глубина проникновении

/ => увеличение

>

ч

13 18%\

21-34% \

^ ^ ХИЛ1МЧН( КМ пог Л[>Щ^ННН

Рис.3. Модель влияния морфологических признаков почвы на динамику нефтепродуктов

Во взаимосвязи содержания гумуса в почве с концентрацией нефтепродуктов выявлена обратная корреляция, свидетельствующая о том, что при снижении содержания гумуса в почве наблюдается рост концентрации нефтепродуктов в почве, коэффициент корреляции составляет (-0,93). Эта тенденция характерна для всех исследуемых образцов. Объяснение выявленному явлению состоит в том, что при загрязнении почвы нефтепродуктами наблюдается обширное поражение почвенного покрова [4]. Поверхностное расположение гумусового горизонта способствует максимальному контакту с загрязнителем. Известны адаптогенные свойства гуминовых веществ, обусловленные их способностью связывать экотоксикан-ты. Показано, что гуминовые кислоты могут в некоторых случаях снижать токсичность как тяжелых металлов, так и некоторых органических соединений. Так, А.В. Дагуров установил, что присутствие гуминов способствует ослаблению негативного действия нефти, нефтепродуктов и их индивидуальных составляющих, прежде всего алифатических углеводородов, на долю которых приходится от 50 до 95 % от всех углеводородов нефти [1].

Корреляционные связи между механическим составом и структурой почв и содержанием нефтепродуктов были описаны выше, их коэффициенты корреляции (0,85, 0,64) соответственно.

В целом, проведенное исследование и его результаты позволили построить векторную модель влияния морфологических признаков почвы на динамику нефтепродуктов. Среди рассматриваемых морфологических признаков выявлено значимое влияние на накопление нефтепродуктов механического состава и структуры почвы, а из химических - содержание гумуса и степень химического поглощения.

Список литературы

1. Дагуров А.В. Влияние гуматов на токсичность углеводо-

родов нефти: автореферат дис.... кандидата биологических наук: 03.00.16. - Иркутск: Иркут. гос. ун-т, 2004. - 20 с.

2. Кесельман Г.С., Махмудбеков Э.А. Защита окружающей

среды при добыче, транспорте и хранении нефти и газа. - М.: Недра, 1981. - 256 с.

3. Кржиж Л., Резник Д. Технология очистки геологической

среды от загрязнения нефтепродуктами //Экология производства. - 2007. - №10. - С. 54.

4. Невзоров В.М. О вредном воздействии нефти на почву и

растения // Изв. ТСХА.- 1976.- № 2.- С.164-165.

5. http://www.opengost.ru/iso/4521-pnd-f-16.1.41-04-

kolichestvennyy-himicheskiy-analiz-pochv.-metodika-vypolneniya-izm ereniy-m assovoy-koncen nefteproduktov-v-probah-pochv-gravimetricheskim-metodom.html (дата обращения 20.09.2011) .

54

ВЕСТНИК КГУ, 2012. №3