Влияние строительно-ремонтных работ на нефтепроводе на эколого-агрохимическую характеристику почв

ВОПРОСЫ АГРОЭКОЛОГИИ

УДК 631.45:631.61

ВЛИЯНИЕ СТРОИТЕЛЬНО-РЕМОНТНЫХ РАБОТ НА НЕФТЕПРОВОДЕ НА ЭКОЛОГО-АГРОХИМИЧЕСКУЮ ХАРАКТЕРИСТИКУ ПОЧВ

В.И. Титова, А.А. Ветчинников

ФГОУВПО «Нижегородская государственная сельскохозяйственная академия»

Оценка исследования строительно-ремонтных работ на нефтепроводе

Ключевые слова: дефектный участок нефтепровода, полоса отвода, антропогенная трансформация, деградация, пахотный слой почвы, тяжелые металлы, агрохимические показатели.

Исследования по оценке воздействия строительно-ремонтных работ на агроэкологическое состояние почвенного покрова проводили в хозяйствах Богородского (дерново-подзолистые почвы) и Дальне-Константиновского (светло-серые лесные почвы) районов Нижегородской области. Объектом исследования была территория, на которой осуществляли работы (далее - полоса отвода). На полосе отвода в каждом из хозяйств было выделено по 2 анализируемых участка. На каждом из этих участков для оценки состояния почвы из пахотного слоя (0-20 см) отбирали по 10 смешанных образцов. Всего, таким образом, с полосы отвода было взято 40 почвенных образцов. Контролем служила территория поля, в рамках которой была выделена названная полоса отвода, не затронутая деятельностью по строительству и ремонту нефтепровода (далее - пашня). На пашне в каждом районе отобрано по 10 исходных смешанных почвенных проб.

В лабораторных условиях определили общие агрохимические показатели почвы (рНКс1 потенциометриче-ски, содержание гумуса по Тюрину в модификации Никитина, содержание подвижных соединений фосфора и калия по Кирсанову в модификации ЦИНАО), валовое содержание тяжелых металлов (ТМ) методом атомно-абсорбционной спектрофотометрии на АА8-30 и содержание их подвижных соединений (в ацетатно-аммонийном буферном растворе с рН 4,8). Полученные результаты математически обработаны с использованием метода вариационной статистики (Дмитриев, 1995).

Как правило, при соблюдении технологии ремонтно-строительных работ на магистральных нефтепроводах, обеспечивающей сохранность пахотного слоя, агрохимические характеристики почвы меняются незначительно. Однако существенный привнос материалов нижележащих горизонтов на поверхность (что наблюдалось в конкретном рассматриваемом случае), может привести к

значительному ухудшению питательного режима почвы.

Данные таблицы 1 позволяют охарактеризовать почву как нейтральную. Подобное значение рНКс1 обычно не свойственно светло-серым лесным и дерново-подзолистым почвам и является следствием их антропогенной трансформации, которая происходит в результате сельскохозяйственного окультуривания земель (проведение химических мелиораций), и в результате поступления на поверхность почвы щелочных агентов с пылевыми выпадениями и атмосферными осадками. Действие последнего фактора в Нижегородской области довольно значимо (Шафронов, 2005). В результате верхний пахотный слой почвы, как правило, имеет более высокое значение рНКс1, чем нижележащие горизонты. При проведении работ по замене дефектного участка нефтепровода привнос материала нижних горизонтов в верхний слой привел к некоторому подкислению почвы. Значение рНКс1 в нарушенных почвах в среднем на 0,30,6 единиц ниже, чем в их ненарушенных аналогах. Тем не менее, кислотность почвы на полосе отвода характеризуется как агрономически нейтральная, т. е. вполне благоприятна для произрастания сельскохозяйственных культур.

Дерново-подзолистые и светло-серые лесные почвы обычно характеризуются невысоким запасом органического вещества, что и подтвердило проведенное исследование. Нарушенные земли характеризуются еще более низким содержанием гумуса. В процессе проведения работ запас органического вещества в среднем снизился более чем на 40% по сравнению с исходным, что соответствует 3еи степени деградации (при оценке глубины деградационных процессов за исходное содержание принимали показатели ненарушенных земель).

Проведение работ по замене дефектного участка нефтепровода привело к снижению содержание подвижных форм фосфора: почва из разряда высокообеспечен-

1. Агрохимическая характеристика почв

Место отбора рНКС1 Гумус, % Р2О5, мг/кг К2О, мг/кг

М±т V, % М±т V, % М±т V, % М±т V, %

Светло-серая лесная супесчаная

Пашня 6,3±0,2 8 2,10±0,07 11 187±1 2 121±1 3

Полоса отвода 6,0±0,1 9 1,31±0,07 23 115±1 5 93±1 4

Де эново-подзолистая супесчаная

Пашня 6,7±0,1 6 1,65±0,06 12 195±1 2 134±1 3

Полоса отвода 6,1±0,1 8 0,91±0,09 46 104±1 4 88±1 5

2. Валовое содержание тяжелых металлов в ^ почве, мг/кг

Место отбора Свинец Кадмий Цинк Хром Медь Кобальт Никель

Светло-серая лесная супесчаная

Пашня 5,7 0,40 23,6 8,6 4,5 8,8 21,1

Полоса отвода 9,1 0,59 29,1 10,1 4,2 6,9 13,3

Дерново-подзолистая супесчаная

Пашня 8,1 0,44 24,8 10,9 2,7 8,2 19,1

Полоса отвода 10,6 0,48 22,7 11,9 2,9 5,5 16,1

ОДК* (ПДК** для Сг) 32,0 0,50 55,0 90,0 33,0 н/уст. 20,0

Фон 8,7 0,61 26,6 13,2 9,2 9,0 22,8

ОДК - ГН 2.1.7.2042-06; ПДК - ГН 2.1.7.2041-06

ных перешла в группу с повышенным содержанием фосфатов. Кратность снижения показателя, как и в предыдущем случае, позволяет отнести почву к сильнодеградированной (3я степень).

Снижение содержания обменного калия менее значимо. Так, концентрация данного элемента в нарушенных землях на 39% ниже, чем в исходной почве, что соответствует средней степени деградации. Однако с агрохимической точки зрения данный процесс наносит почвенному плодородию не меньший ущерб. Это обусловлено тем, что исходное содержание обменного калия ниже, чем фосфора. Так, пахотная почва относится к группе с повышенным содержанием калия, а нарушенная - со средней степенью обеспеченности данным элементом (причем практически на границе с группой низкой обеспеченности). В связи с этим растения будут испытывать недостаток калия в значительно большей степени, чем фосфора.

Следует отметить, что представленная усредненная характеристика не в полной мере отражает глубину потенциального негативного воздействия на свойства почвы, т.к. в почвах, отобранных на полосе отвода, не только снижается значение среднего показателя, но и увеличивается диапазон его варьирования. Как было отмечено выше, на полосе отвода фрагменты пахотного слоя присутствуют частично. В образцах, где присутствие пахотного слоя заметно, содержание элементов питания и гумуса сохранилось практически на уровне исходного. Однако там, где пахотный слой был уничтожен, характеристики почвы значительно отклонялись в худшую сторону, а степень деградации почв практически по всем агрохимическим показателям на таких участках была максимально возможной (четвертой).

Использование современной строительной техники в процессе работ по замене дефектных участков магистральных трубопроводов может сопровождаться повышением содержания ТМ в почве. Причина этого - как привнесение элементов в процессе проведения работ, сопровождающихся использованием техники и различных веществ химической природы, так и вынос на поверхность нижележащих горизонтов, имеющих повышенные концентрации металлов.

По данным таблицы 2, валовое содержание ТМ на контроле (пашня) существенно ниже ПДК. Возможной причиной невысокого содержания анализируемых токсикантов в пахотных почвах служат их генетические особенности. Материнские породы здесь - флювиог-ляциальные пески и песчаные отложения, которые характеризуются низким содержанием металлов, а почвы, сформированные на этих породах, не только изна-

чально бедны данными элементами, но и обычно не накапливают их в силу своей низкой сорбционной способности.

Содержание хрома, одного из самых токсичных элементов (по токсичности уступает только ртути), на пашне, как и предполагалось, невысоко. В полосе отвода оно несколько увеличивается. Безусловно, это связано с привнесением в пахотный слой почвы нижележащих горизонтов, что происходит при несоблюдении технологии подготовки сельскохозяйственного участка к строительно-ремонтным работам на магистральных трубопроводах. Обычно технологией предусматривается снятие верхнего плодородного слоя, отдельное его складирование, недопущение перемешивания его с нижележащими почвенными горизонтами и т.д.

Выбросы автотранспорта - основной антропогенный источник загрязнения сельскохозяйственных угодий кадмием и свинцом, т. к. резина покрышек и смазочные масла содержат кадмий, а сжигание жидкого топлива приводит к значительному повышению концентрации свинца и никеля в почве. Учитывая, что при ремонте магистральных трубопроводов неизбежны и многочисленны проходы по участку тяжелой техники, некоторое повышение содержания этих ТМ в полосе отвода вполне логично.

Цинк и кадмий - сопутствующие элементы: чем больше в почве кадмия, тем больше и цинка. Основной источник загрязнения сельскохозяйственных земель цинком - поступление в результате сжигания топлива.

Медь и кобальт (которые, учитывая классификацию химических элементов по степени их токсического действия на окружающую среду, относятся ко второму классу опасности - умеренно опасные вещества), имеют очень важное биологическое значение в жизни растений, выполняя функции микроэлементов. Их естественная концентрация в почве обычно невысока, что подтверждается фоновым содержанием в почвах Нижегородской области (Шафронов и др., 2003; Титова и др., 2005), а поступление в агроэкосистемы обусловлено (кроме выбросов металлургических предприятий, отсутствующих вблизи анализируемой территории), скорее, использованием различного рода агрохимикатов и средств защиты растений.

Содержание никеля в пахотных почвах высокое: на светло-серой почве в среднем из 20 определений оно даже превышает ПДК, хотя ни в одном из определений не превышает фоновое содержание для Правобережья. Однако следует пояснить, что территория Нижегородской области в целом насыщена никелем за счет геологических пород (Шафронов и др., 2003), т.к. входит в

3. Содержание подвижных соединений тяжелых металлов в почве, мг/кг

Место отбора Свинец Кадмий Цинк Хром Медь Кобальт Никель

Светло-серая лесная супесчаная

Пашня 0,5 0,26 1,1 0,1 0,3 1,1 1,3

Полоса отвода 0,6 0,25 1,2 0,2 0,3 0,8 1,0

Дерново-подзолистая супесчаная

Пашня 0,5 0,09 0,4 0,1 0,1 1,0 1,2

Полоса отвода 0,6 0,11 0,3 0,1 0,1 0,6 0,9

ПДК* 6,0 - 23,0 6,0 3,0 5,0 4,0

Фон 1,0 0,20 0,9 0,5 0,3 н/о 1,5

ПДК - ГН 2.1.7.2041-06

4. Доля подвижных соединений тяжелых металлов от их валового содержания в почве, %

Место отбора Свинец Кадмий Цинк Хром Медь Кобальт Никель

Светло-серая лесная супесчаная

Пашня 9,7 65,0 4,8 1,5 6,7 11,8 6,3

Полоса отвода 6,9 42,4 4,2 1,5 7,1 11,6 7,5

Дерново-подзолистая супесчаная

Пашня 6,0 20,4 1,4 1,1 3,7 12,2 6,4

Полоса отвода 5,6 22,9 1,5 1,0 3,4 10,9 5,7

Фон 11,5 32,8 3,4 3,8 3,3 - 6,6

5. Коэффициенты техногенной концентрации ТМ

Место отбора Кс для отдельных металлов гс

РЬ са ги Сг Си Со N1

Валовое содержание

Светло-серые лесные супесчаные почвы

Пашня 0,65 0,66 0,89 0,66 0,37 0,98 0,92 -

Полоса отвода 1,05 0,96 1,10 0,77 0,35 0,76 0,58 1,15

Дерново-подзолистые супесчаные почвы

Пашня 0,93 0,72 0,93 0,82 0,29 0,91 0,84

Полоса отвода 1,22 0,78 0,85 0,90 0,32 0,61 0,71 1,22

Подвижные соединения

Светло-серые лесные супесчаные почвы

Пашня 0,55 1,3 1,26 0,26 1,33 - 0,87 1,89

Полоса отвода 0,63 1,25 1,34 0,30 1,16 - 0,66 1,75

Дерново-подзолистые супесчаные почвы

Пашня 0,48 0,45 0,4 0,24 0,33 - 0,81 -

Полоса отвода 0,59 0,55 0,37 0,26 0,33 - 0,61 -

Оренбургскую полиметальную ассоциацию, характеризующуюся высокой концентрацией никеля.

Определение валовых запасов ТМ в почве не дает полной характеристики экологического состояния поч-венно-биотического комплекса, так как даже на фоне низких общих концентраций в определенных условиях (низкое содержание органического вещества, легкий гранулометрический состав, кислая реакция среды и пр.), подвижность ТМ и способность поступать в растения, может быть довольно высока. Данные таблицы 3 свидетельствуют, что содержание подвижных соединений ТМ в большинстве случаев много ниже не только санитарно-гигиенического показателя (ПДК), но и фонового содержания в почвах Правобережья Нижегородской области. Исключение составляет лишь анализируемый участок на светло-серой лесной почве, где как до проведения работ (пашня), так и после их (полоса отвода) наблюдается немного повышенное по сравнению с фоном содержание кадмия и цинка. Следует отметить

также повышение долевого участия подвижных соединений этих элементов (Са, ги) в общем запасе ТМ в светло-серой лесной почве (табл. 4), что в целом может быть экологически опасно (по химическим свойствам кадмий сходен с цинком и способен замещать его в биогенных металлоферментах, нарушая процессы фотосинтеза, дыхания, транспирации и пр.). В таблице 5 приведены результаты расчетов коэффициента техногенной концентрации ТМ в почве (Кс) и суммарного показателя загрязнения почв (2с).

Расчеты показали тенденцию аккумулирования валовых запасов ТМ в нарушенных почвах, повышения коэффициента техногенной концентрации подвижных соединений ТМ не обнаружено. Таким образом, судя по суммарному показателю загрязнения почв < 16), ремонтно-строительные работы на отдельных участках магистральных нефтепроводов, которые проводят на пахотных землях сельхозпредприятий, оставляют загрязнение почв в рамках допустимого.