Трансформация e h-рн состояния чернозема в связи с техногенным глееобразованием

И.Ю. Давыдова

ТРАНСФОРМАЦИЯ Eh-рН СОСТОЯНИЯ ЧЕРНОЗЕМА В СВЯЗИ С ТЕХНОГЕННЫМ ГЛЕЕОБРАЗОВАНИЕМ

Техногенное воздействие на окружающую природную среду (ОПС) заключается в изменении миграции химических элементов под влиянием производственной деятельности человека [27; 32]. Одним из негативных последствий техногенеза является вторичное глееобразование почв.

Для возникновения восстановительных условий и развития глееобразования необходимо периодическое или постоянное переувлажнение почв, наличие органического вещества, способного к сбраживанию, и гетеротрофной микрофлоры [9]. Анаэробиоз приводит к несбалансированному выносу соединений несиликатного железа из переувлажненной почвы (до 30— 60 % и более от исходного количества). Обезжелезнение вызывает появление в почвах холодной окраски, распад микроагрегатов, значительное увеличение содержания свободного ила, неблагоприятное изменение водно-физических и других свойств. Наиболее ярко цветовые признаки выражены в почвах, сформировавшихся на кислых и нейтральных породах.

При застойно-промывном водном режиме глееобразование приводит к максимальному выносу металлов, а также илистой фракции мелкозема, что повсеместно обусловливает формирование почв с кислыми элювиальными поверхностными горизонтами, обогащенными кварцем [8].

Глееобразование — это биохимический процесс. Органическое вещество для гетеротрофной микрофлоры является источником энергии. При отсутствии свободного кислорода окисление (брожение) органического вещества по мере снижения окислительно-восстановительного потенциала среды осуществляется сначала нитратами, а затем Mn (ГУ), Fe (III), сульфатами и т.д. [15]. В результате этих реакций образуются низкомолекулярные органические кислоты, аминокислоты, спирты, ацетон, СО2, Н2, Mn (II), Fe (II), H2S, CH4, NHз и другие низкомолекулярные окисленные и восстановленные продукты.

Комплексные соединения железа с органическими кислотами, бикарбонат железа (Fe(HCOз)2) обладают высокой миграционной способностью в водной среде при обычной температуре и давлении [27].

Наличие сульфатов в восстановительной среде препятствует несбалансированному выносу железа, так как вследствие процесса сульфатредукции происходит осаждение сульфида железа. Однако в почвах, как и в горных породах, возможно протекание сульфидно-глеевого процесса, что может быть вызвано зональным распределением Eh-pH условий. Подобные явления, вызванные анаэробным окислением поступающих с водой углеводов, гумусовых кислот, углеводородов и других сбраживаемых соединений, отмечены в красноцветной, угленосной, нефтегазоносной формациях [26; 35]. В резко восстановительной сероводородной (сульфидной) зоне осаждается минерал гидротроилит nH2O) черного цвета, по

периферии сульфидной зоны в слабо восстановительной (бескислородной) среде развивается оглеение. В итоге формируется зона «бессульфидного обеления» пород, то есть глеевой каолинитизации.

Таким образом, развитие глееобразования в почвах и горных породах в естественных условиях зависит от водного режима, количества и состава органического вещества, а также условий миграции химических элементов, то есть Eh-pH состояния среды и возможности комплексообразования.

При техногенном воздействии на природные системы, в том числе на почвы, биохимические и миграционные процессы значительно осложняются. Это обстоятельство может быть вызвано дополнительным поступлением энергии, например, при тепловом, электрическом и химическом загрязнении ОПС. Как следствие — в этом случае наблюдается активизация микробиальных систем, трансформация сложившихся циклов химических элементов, Eh-pH условий, газового режима и другие изменения [15].

Поэтому представляется актуальным и целесообразным всестороннее исследование техногенно-инициированного процесса глееобразования в почвах. В этой связи можно

предполагать, что степень деградации вторично оглеенных почв будет зависеть главным образом от изменения естественного типа водного режима и особенностей загрязнения.

Наибольший интерес вызывает глеегенная деградация черноземов, обладающих значительной буферностью свойств и высоким потенциальным плодородием.

В черноземной зоне, как и в других природных зонах, факторы развития техногенного глееобразования имеют двоякий характер. Одни из них возникли в связи с общими тенденциями развития ноосферы и обусловлены ростом промышленного производства, населения, урбанизации. Другие факторы отражают природно-зональную специфику ведения сельскохозяйственного производства.

Многие виды производственной деятельности способствуют развитию вторичного глееобразования, поскольку сопровождаются нарушением гидрологического режима территорий, подтоплением земель и загрязнением ОПС педохимически-активными веществами. К таким поллютантам относятся щелочи, органические кислоты, оксиды серы, азота, углерода, сероводород, метан, соединения железа, углеводороды, поверхностно-активные вещества (ПАВ) и т.д.

В таблице 1 приведены сведения о техногенных факторах вторичного глееобразования почв по результатам обобщения ряда работ, указанных ниже.

Таблица 1

Техногенные предпосылки глееобразования

Инженерно-геологические сооружения подтопления территории — последствия для ОПС

факторы

Химическое загрязнение ОПС выбросами и сбросами предприятий различных

производств

♦ Искусственные водоприемники и водоемы

(водохранилища, хвостохрани-лища,

шламохранилища, пруды-

нако-пители, пруды-отстойники, «бе-лые моря», карьеры, шламоотстойники, поля фильтрации, гид-роотвалы, гидро-золоотвалы) Гражданское и промышленное строительство Линейно-дорож-ное строительство

♦

Гидромелиоративное строительство

Фильтрационные потери из водоприемников, водоемов, водонесущих коммуни-каций

Подпор грунтовых вод

Скопления по-вер-хностных вод в техногенных понижениях рельефа

Аварии

на ограждающих дамбах

Сбросы сточных, шахтных и карь-ерных вод в

поверхностные воды

Засыпка естественной дренажной сети

Оседание поверхности

Орошение при-родными и сточ-ными водами

Подъем

уровня грунтовых вод

Техногенные верховодки Техногенные во-доносные горизон-ты в приповерхностных отложе-ниях Заболачивание почв

Активизация карста, суффозии, биокоррозии Уплотнение пород Просадочные явления в лессовых грунтах

Образование техногенного рельефа: мульд оседания, провалов, уступов, депрессионных воронок

Выбросы в атмосферу:

пыль (оксиды Si, Л1, Ca, К, №, Mg, Pb, Ъп, Fe, С); дымы (оксиды Ca, Ъп, Mg, Fe, S, Р, С); газы (СО2, СО, SOx, Шх,

КНз); этилен, бензол, толуол,

пропилен, бутадиен,

ксилол, метанол, этилацетат,

алканы,

ароматические

углеводороды,

органические

бенз(а)пирен,

этилбензол,

меркаптаны

фенолы,

алкены,

альдегиды, кислоты, ацетон, ПАУ, (тиоспирты), акролеин,

сероводород, хлор, фтор и т.д.

Сбросы сточных вод:

фенолы, углекислота,

радионуклиды, нефтепродукты, сульфаты, железо, щелочные и щелочно-земельные металлы, марганец, сероводород, алканы, алкены,

карбонильные соединения, эфиры, нитраты, нитриты, пиридин, анилины, амины, бензолы, альдегиды, кетоны, спирты, минеральные и

♦

♦

органические кислоты, щелочи, терпены, формальдегид, ароматические углеводороды, одоранты, метил- и диметилртути, диметилселен, тетраметилсвинец, ПАВ, углеводы, белки, пектиновые вещества, агрохимикаты, взвешенные вещества, оксиды А1, Si, В, Л8, Мо, РЬ и т.д.

В Воронежском, Окско-Донском, Приволжском, Припятско-Днепровском и других экономически развитых регионах, затрагивающих черноземную зону, весьма актуальной является проблема подтопления земель [10]. Это обстоятельство объясняется значительным воздействием на инженерно-геологическую среду при различных видах строительства, а также высокой степенью концентрации промышленности и населения, интенсивным сельскохозяйственным производством и другими причинами

Так, следствием гражданского строительства, расширения селитебных ландшафтов и урбанизации является широко распространенное подтопление городов и других объектов. На территории России общая площадь подтопленных застроенных территорий превышает 8 тысяч км2 [11]. Этот процесс имеет прогрессирующий характер и охватывает уже почти все города и населенные пункты. Зоны подпора грунтовых вод при застройке территорий имеют протяженность десятки километров и распространяются далеко за пределы городов.

Подтопление земель в селитебных ландшафтах, особенно при высокой доле урбанизированных территорий, происходит в условиях интенсивного загрязнения ОПС.

Прежде всего для этого вида техногенных ландшафтов характерно повышенное загрязнение атмосферы органическими веществами, образующими своеобразное облако вокруг селитебных зон.

В воздушной среде намного превышены предельно-допустимые концентрации (ПДК) СО, SOx, NOx, углеводородов, ацетальдегидов и других поллютантов [1].

Вокруг городских агломераций под влиянием промышленных и коммунально-бытовых стоков, а также свалок формируются подземные (грунтовые и напорные) воды, загрязненные педохимически-активными веществами. Для этих вод характерны прогрессирующие со временем низкие значения Eh и возрастающие концентрации NH4+, Н2РО4-, Fe2+, Мп2+, As3+ [19]. Подобные геохимические аномалии в подземной гидросфере объясняются главным образом высоким содержанием растворенных органических веществ и развитием анаэробиоза. В этих

условиях происходит вынос железа с подземными водами даже в присутствии HS- и чему способствует образование железо-органических комплексов. В комплексообразовании участвуют органические карбоновые кислоты и аминокислоты, которые практически всегда присутствуют в больших количествах в сточных водах.

Данная ситуация усугубляется применением биохимического метода очистки сточных вод, который основан на сбраживании органических загрязняющих веществ. В анаэробных условиях органические вещества окисляются сначала до спиртов и органических кислот, а затем до СН4 и СО2. Огромное количество недоочищенных стоков сбрасывается в ОПС [4].

Как известно, биохимические процессы значительно ускоряются при повышении температуры. Для селитебных ландшафтов характерно физическое загрязнение, связанное с образованием техногенных тепловых и электрических полей. Техногенное тепловыделение в селитебных ландшафтах составляет 5 процентов от получаемой ими солнечной энергии [1]. В городах тепловое загрязнение почв и грунтов вблизи источников прогрева достигает 105—109 Дж/м2 в год, отсюда зоны повышенной температуры распространяются вглубь на десятки метров и могут значительно расширяться при переносе тепла грунтовыми водами [7].

Высокая степень концентрации населения на урбанизированных территориях обостряет проблему утилизации и захоронения бытовых отходов. Свалки представляют собой техногенные аномалии разнообразных органических и других веществ. При трансформации захороненных отходов наблюдается сбраживание органических соединений по масляно-кислому и ацетонобутиловому пути. Имеют место также интенсивная метаногенерация и другие анаэробные процессы. Продукты разложения бытовых отходов при взаимодействии с инфильтрующимися атмосферными осадками образуют фильтрат [25]. Эта жидкость характеризуется повышенными значениями температуры, минерализации, содержания соединений азота, тяжелых металлов, органических веществ, железа, щелочных и щелочноземельных металлов, биогаза и т.д. Фильтрат образует техногенные верховодки и постоянные водоносные горизонты, что способствует значительному распространению загрязнения ОПС вокруг свалок.

Под влиянием линейно-дорожного строительства и транспорта также происходит существенная перестройка гидрологических условий в сочетании с загрязнением почв. Сооружение дамб, насыпей, магистральных трубопроводов и других объектов приводит к перераспределению поверхностного и грунтового стока, изменению водного режима почв.

Наиболее опасными в отношении развития техногенного глееобразования являются объекты нефтегазового комплекса (таблица 2).

Таблица 2

Объекты нефтегазового комплекса как факторы техногенного глееобразования

Источники загрязнения ОПС, технологические процессы Поллютанты

Места длительного размещения отходов:  нефтешламонакопители,  пруды-отстойники,  иловые площадки,  полигоны ТБО и ТБПО,  площадки биологической очистки нефтешламов, нефтезагрязненных почв и грунтов Нефтяные углеводороды, биогаз, фенолы, тяжелые металлы

Утилизация нефтешламов Водно-нефтяные эмульсии

Зачистка резервуаров и трубопроводов Нефть, нефтепродукты, продукты кор-розии, соли, парафины, асфальтены, смолы, фенолы, СПАВ, ПАУ, И^ РЬ, С4 А^ Сг, Мо, №, Си, Ве

Выбросы парогазовых смесей и взвешенных частиц в атмосферу:  «дыхание» резервуаров для хранения нефти и нефтепродуктов,  трубопроводы,  факельные установки,  нефтеловушки, дренажные емкости,  пруды-отстойники,  энергетические и технологические установки,  автотранспорт Углеводороды, Шх, 302, СО, сажа, фенолы, бензол, ПАУ, соединения свинца

Аварийные разливы нефти и нефтепродуктов:  механическое повреждение и коррозия трубопроводов,  нарушение герметичности резервуаров Алканы, циклоалканы, парафины, смолы, асфальтены, свободная сера и сернистые соединения (меркаптаны, сероводород, сульфиды, дисульфиды, тиофены, тиофаны), ПАУ, РЬ, ги, С4 Сг, Си, №, Мп

Весьма протяженная сеть трубопроводного транспорта, перекачивающего углеводородное сырье, представляет собой существенную опасность в развитии этого процесса. Во-первых, при сооружении трубопроводов значительно изменяется гидрологический режим территории вследствие нарушения естественных водотоков, просадочных явлений, образования водоупорных слоев при уплотнении насыпи и в силу других причин [17]. Во-вторых, трубопроводный транспорт характеризуется высокой аварийностью, что приводит к загрязнению почв и подземных вод нефтью и нефтепродуктами. На территории России ежегодное число аварий на этом виде транспорта достигает несколько десятков тысяч [1; 30]. В-третьих, для ликвидации последствий аварий широко применяются сорбенты на органической основе (синтепон, поролон, мох, солома, куриные перья, торф, опилки) и поверхностно-активные вещества [21; 33]. В переувлажненной почве пропитанные нефтью и нефтепродуктами сорбенты подвергаются сбраживанию. Поверхностно-активные вещества способствуют образованию водонефтяных эмульсий, легко проникающих в глубь почвы.

Из-за строительства крупных гидротехнических сооружений на территории России в значительной степени (более чем на 34 тыс. км2) подтоплены сельскохозяйственные угодья [11]. Подтопление проявляется на территориях, прилегающих к водохранилищам и орошаемым массивам, и в черноземной зоне. Влияние Куйбышевского, Волгоградского и других крупных равнинных водохранилищ прослеживается на удалении до 50 км от них, в том числе на участках, расположенных на высоте 10—15 м над нормальным подпорным уровнем [29]. В черноземной зоне интенсивное орошение даже при традиционных способах и нормах полива привело к подъему грунтовых вод, заболачиванию значительной части сельскохозяйственных угодий, загрязнению почв и подземных вод агрохимикатами и сточными водами [9; 10].

При орошении черноземов практикуется внесение в качестве удобрений различных отходов: сброженного навоза (эффлюента), термофильно-сброженных осадков городских сточных вод, шахтных вод, дефеката, гидролизного лигнина и т.д. Загрязнение органическими веществами при переполивах вызывает в почве развитие анаэробных процессов, приводящих к образованию органических кислот, СН4, NHз, СО2. Наиболее активно эти процессы развиваются в рисовых чеках [23]. Однако они могут иметь место и на земледельческих полях орошения стоками сахарных заводов, свинокомплексов, птицеферм и других предприятий АПК, размещенных в черноземной зоне.

Так, в районах сельскохозяйственных территорий, орошаемых и удобряемых животноводческими и коммунально-бытовыми стоками, вертикальный градиент уменьшения содержания О2 в зоне аэрации очень высокий. Его значения могут достигать 1—2 мг/л см1, что приводит к снижению Eh грунтовых вод до значений +100 мВ и ниже [19]. Развитие анаэробиоза приводит к появлению в грунтовых водах NH4+, N02", Н2РО4-, Fe2+, Мп2+ в концентрациях, намного превышающих ПДК. Такая геохимическая техногенная аномалия может сохраняться в течение 10—20 лет даже после устранения источника загрязнения.

Крупные техногенные геохимические аномалии и обширные зоны подтопления территорий связаны с размещением промышленных предприятий, особенно топливно-энергетического комплекса (ТЭК). Только в лесной и лесостепной зоне площадь подтопленных

земель изза возведения ГЭС и ГАЭС превышает 330 тысяч га [2]. Особенно велико негативное воздействие ТЭС, что связано с подтоплением и загрязнением территорий вследствие высокого водопотребления, огромного объема сбросов сточных вод и выбросов в атмосферу газообразных продуктов: СН4, СО2, SО2, углеводородов.

Так, только в средней полосе европейской части России накопилось более 160 миллионов тонн отходов предприятий теплоэнергетики, работающих на ископаемом топливе [18]. Применение системы гидрозолошлакоудаления допускает подачу на золоотвал промышленных, ливневых и хозяйственно-бытовых стоков. В итоге наблюдается подтопление окружающей территории насыщенными высокоминерализованными водами. В составе этих вод присутствуют в больших количествах взвешенные вещества, органические и минеральные кислоты, щелочи, ПАВ, нитриты, нефтепродукты и другие органические соединения. Как следствие, имеет место техногенное изменение класса водной миграции ландшафта. В лесной и лесостепной зоне кислый, кисло-глеевый (Н+; Н+^е2+), нейтральный, нейтрально-глеевый (Н+-Са2+; Н+-Са2+, Fe2+) классы трансформируются в кальциевый, кальциево-глеевый (Са2+ Са2+-Ре2+) классы [13].

Под влиянием АЭС не только развивается интенсивное подтопление территории, но и происходит тепловое и радиоактивное загрязнение подземных вод [3; 10]. В этом случае образуются техногенные верховодки и постоянные водоносные горизонты, в подземной гидросфере в средней полосе ЕТР наблюдаются температурные аномалии (на 20 оС выше фона).

Техногенное подтопление территории и заболачивание почв может быть обусловлено добычей полезных ископаемых. Негативная перестройка гидрологической ситуации вследствие техногенеза объясняется нарушением естественного рельефа, оседанием земной поверхности, сбросом сточных вод, просадочными явлениями в переотложенных грунтах, созданием водоприемников, подпором грунтовых вод и т.д. Такие изменения, затрагивающие территорию лесостепной зоны, отмечаются, например, в Подмосковном буроугольном бассейне и в районе Курской магнитной аномалии [10].

С развитием горнопромышленного производства также связано значительное загрязнение ОПС. Например, в угле- и нефтедобывающих районах, часть которых расположена и в черноземной зоне, в почвах увеличено содержание битуминозных и других органических соединений, наблюдается образование техногенных солончаков, усиливаются процессы элювиирования железа на фоне резкого подщелачивания или подкисления среды. В итоге формируются почвы с осветленными поверхностными горизонтами — осолоделые почвы или глубоко оподзоленные поверхностно-ожелезненные почвы [22]. При заболачивании почв нефтепромысловыми водами развивается вторичное оглеение, почвы приобретают вблизи источников загрязнения ярко-синюю, сине-зеленую и оливковую окраску [31].

Следует подчеркнуть, что развитие почти всех отраслей промышленности в определенной мере способствует распространению вторичного оглеения почв. Территориальная концентрация различных отраслей значительно усиливает это отрицательное воздействие на ОПС, что связано с рядом причин.

Во-первых, большинство предприятий характеризуется значительным водопотреблением и сбросом сточных вод, утечками из водонесущих коммуникаций и искусственных водоемов.

Как следствие, развивается подтопление территории.

В свою очередь подтопление активизирует просадочный процесс. На территории Русской равнины, особенно в черноземной зоне, значительное распространение имеют лессовидные породы, которые при дополнительном замачивании образуют просадки и уплотняются [10]. Техногенные просадочные понижения, как и естественные западины лесостепи и степи (поды, «степные блюдца»), более обводнены, чем окружающая территория.

Во-вторых, практически все отрасли промышленности (нефтегазовая, теплоэнергетическая, металлургическая, коксохимическая, нефтехимическая и др.) загрязняют окружающую среду органическими и другими веществами, в том числе выбрасывают в атмосферу нефтяные углеводороды [2; 16; 34].

Только на предприятиях «Роснефти», активно участвующих в обеспечении Центрального региона нефтепродуктами, выбросы загрязняющих веществ в атмосферу составляют более 1,5 миллиона тонн [5].

Из атмосферы нефтяные углеводороды выпадают с аэрозолями в основном в зимний период. Эти вещества хорошо адсорбируются снегом и сохраняются при низкой температуре до снеготаяния. С талыми водами алканы, арены и другие нефтяные углеводороды проникают в почву и грунт. Частичное окисление нефтяных углеводородов происходит в поверхностных водах, то есть во время снеготаяния, в процессе радикально-цепного окисления и микробиальной деградации с образованием спиртов, альдегидов и органических кислот [6].

Широко распространенный товарный парк нефтепродуктов является потенциальным источником загрязнения углеводородами не только атмосферы, но и других сред. Жидкие нефтепродукты попадают в почвы, грунты и подземные воды при систематических эксплуатационных и аварийных утечках и проливах из хранилищ углеводородного топлива. Легкие углеводороды образуют над уровнем грунтовых вод жидкие скопления — крупные квазистабильные линзы нефтепродуктов [12]. Помимо «плавающих линз нефтепродуктов», загрязнение нефтяными углеводородами захватывает грунты зоны аэрации и почвы. В понижениях микрорельефа и в эрозионной сети загрязнение нефтепродуктами выходит на дневную поверхность.

Для грунтовых вод в районе нефтебаз характерна восстановительная среда, повышенная перманганатная окисляемость, наличие нитритов и аммония [14].

Загрязнение почв и вод нефтяными углеводородами способствует развитию техногенного глееобразования, что связано с процессами трансформации этих органических веществ. Для биодеградации углеводородов необходимо наличие в среде акцепторов электронов (O2, NO3-, Fe3+, SO42-). При анаэробном окислении углеводородов образуются карбоновые нафтеновые кислоты, гамма-лактоны, спирты, оксикислоты и т.д. [24; 28; 36].

Катализаторами этих реакций служат ферменты различных микроорганизмов. Например, углеводородное топливо (дизельное топливо, мазут, керосин) подвергается биодеструкции, которую осуществляют несколько сотен углеводородокисляющих микроорганизмов (роды Pseudomonas, Candida и др.) [20]. При бактериальном и грибковом разложении углеводородного топлива образуется сероводород и органические кислоты, уменьшается рН среды.

Помимо углеводородов нефти аналогичной трансформации в почве подвергаются многие органические поллютанты.

Таким образом, техногенное глееобразование и сульфидно-глеевый процесс в почвах развиваются под влиянием следующих факторов:

1. Добавочное увлажнение, приводящее к застою воды в почве.

2. Непосредственное загрязнение почв или через другие среды педохимически-активными веществами:

— органическими соединениями, подвергающимися брожению, в том числе нефтяными углеводородами, компонентами сточных вод и фильтрата свалок, сорбентами и мелиорантами на органической основе и т.п.;

H с H SO NO NH CO CH ,

— газами 2S, CO, 2, x, x, 3, 2, 4, в том числе биогазом;

— солями щелочных и щелочноземельных металлов, особенно нитратами и сульфатами;

— поллютантами органической и минеральной природы с ингибирующими свойствами в отношении гетеротрофной микрофлоры, участвующей в циклах C, N, Fe, S, H;

— соединениями железа, марганца и других металлов с переменной валентностью.

3. Тепловое загрязнение.

Очевидно, что сочетание этих факторов обусловливает уровень реализации процесса техногенного глееобразования и соответственно определяет степень деградации почв. Почва, представляющая собой техногенно-модифицированную биокосную систему, имеет тенденцию к развитию глееобразования при определенных параметрах рассмотренных выше факторов, воздействующих на эту систему извне.

Как показали результаты модельного эксперимента, E^-pH состояние черноземов испытывает существенную трансформацию под влиянием техногенного переувлажнения и загрязнения сбраживаемыми органическими веществами.

В таблице 3 приведена схема опыта. В зависимости от варианта опыта использовались

различные органические поллютанты, соединения кальция и натрия. Увлажнение почвы

осуществлялось с помощью поливов в оптимальном режиме (до предельной полевой

влагоемкости (1111В)) и с затоплением разной продолжительности.

Таблица 3

Схема лабораторного опыта

Вариант опыта Режим полива

еженедельный полив затопление на 2 месяца

до ППВ затопление на 5 часов

номер варианта опыта

Нефть (10 г/кг почвы) 1 2 3

Моторное масло (10 г/кг почвы) 4 5 6

Нефть (10 г/кг почвы) + сено злаков (5 г/кг почвы) 7 8 9

Сено злаков (5 г/кг почвы) 10 11 12

Нефть (10 г/кг почвы) + СПАВ (10 г/кг почвы) 13 14 15

Фильтрат с полигона ТБО 16 17 18

Неминерализованная гидрокарбонатно-кальциевая вода (ГКВ) 19 20 22

Неминерализованная гидрокарбонатно-кальциевая вода (ГКВ) + сахароза (0,2 %) 22 23 24

Неминерализованная гидрокарбонатно-кальциевая вода (ГКВ) + сахароза (1,0 %) 25 26

Дистиллированная вода (ДВ) + сахароза (1,0 %) 27

Сульфат натрия (1%) 28

Гипс (7 г/кг почвы) 29

Сульфат натрия (1%) + сахароза (1,0 %) 30 31 32

Гипс* + сахароза (1 %) 33 34 35

* Гипс: вариант № 33 — 7 г/кг, вариант № 34 — 30 г/кг, вариант № 35 — 4 г/кг

В таблицах показана динамика окислительного потенциала почвы (Е^) после каждого полива. Очевидно, что наиболее глубокий анаэробиоз развивается при переувлажнении чернозема на фоне поступления различных органических добавок. Совместное поступление в чернозем сульфатов и сбраживаемых органических веществ приводит к резкому снижению величины Ей даже при поливах до ППВ. В целом оптимальное увлажнение почвы препятствует развитию восстановительных условий даже при наличии легкосбраживаемых веществ.

В таблице 4 отражена динамика рН лизиметрических вод из пахотного горизонта чернозема при поливах с кратковременным затоплением. Значительное подкисление среды наблюдается при поступлении в почву углеводов, особенно в сочетании с сульфатами кальция и натрия. Это объясняется накоплением продуктов сбраживания углеводов кислотной природы и серной кислоты. Наличие в среде углекислого кальция препятствует подкислению. Нефтяные углеводороды не вызывают снижения рН среды.

Таблица 4

Влияние анаэробиоза на изменение рН лизиметрических вод из горизонта Ар чернозема

Вариант опыта Номер полива

1—6 25—30 51—60

Нефть

Моторное масло

Нефть

Сено злаков

Нефть

Фильтрат с полигона ТБО 6,1—7,5

Неминерализованная гидрокарбонатно-кальциевая вода 6,7—7,9

Неминерализованная гидрокарбонатно-кальциевая вода + сахароза

Дистиллированная вода + сахароза

Сульфат натрия

Гипс* + сахароза

Таким образом, факторами техногенного изменения Е^-рН состояния черноземов являются, во-первых, режим увлажнения, допускающий периодический застой влаги в почве; вовторых, органические вещества, способные к сбраживанию. Глеегенная деградация свойств чернозема наблюдается при использовании для поливов ультрапресных, неминерализованных гидрокарбонатно-кальциевых и минерализованных сульфатно-кальциевых и сульфатно-натриевых вод на фоне поступления в почву углеводов, нефтяных углеводородов, растительных остатков, органических удобрений, фильтрата с полигонов ТБПО и других техногенных носителей сбраживаемых органических веществ. Интенсивность этого процесса зависит от кальциевого потенциала среды. Превентивными мерами являются регулирование водного режима, внесение извести, уменьшение поступления в почву сбраживаемых органических веществ и сульфатов.

В заключение следует отметить, что проблема техногенного глееобразования почв является весьма актуальной и имеет, по-видимому, глобальное значение. Это обстоятельство объясняется постоянным усилением техногенного давления на ОПС, в том числе распространением переувлажнения и загрязнения почв, особенно поллютантами органического происхождения.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Алексеенко В.А. Экологическая геохимия. М., 2000. 627 с.

2. Арский Ю.М., Кучерук Е.В., Овсянников В.Л. Геологические аспекты геоэкологии // Геоэкология. Инженерная геология. Гидрогеология. Геокриология. 1994. № 4. С. 3—11.

3. Архангельский И.В. Изменения геологической среды при строительстве и эксплуатации атомных станций // Там же. 1999. № 4. С. 310—313.

4. Богдановский Г.А. Химическая экология. М.: Изд-во МГУ, 1994. 237 с.

5. Векилов Э.Х. Охрана окружающей среды на нефтегазовых объектах в современных условиях // Нефтяное хозяйство. 1996. № 10. С. 47—48.

6. Гольдберг В.М., Путилина В.С. Органические загрязнители атмосферы и снежного покрова // Геоэкология. Инженерная геология. Гидрогеология. Геокриология. 1997. № 4. С. 30—39.

7. Жигалин А.Д. Изменение инженерно-геологической среды городов // Изв. АН СССР. Сер. Геология. 1990. № 4. С. 127—133.

8. Зайдельман Ф.Р. Закономерность формирования светлых кислых элювиальных горизонтов в профиле почв. Диплом № 37. Приоритет от 28 июля 1974 г. // Научные открытия (краткие описания за 1995—1996 гг.): Сб. М.: Изд-во РАЕН и ААНО, 1997. С. 14.

9. Зайдельман Ф.Р. Процесс глееобразования и его роль в формировании почв. М.: Изд-во МГУ, 1998. 316 с.

10. Инженерная геология СССР. Платформенные регионы европейской части СССР: В 2 кн. / Е.М. Сергеев, И.С. Комаров, В.Т. Трофимов и др.; Гл. ред. Е.М. Сергеев; Под ред. И.С. Комарова, Д.Г. Зилинга, В.Т. Трофимова. М.: Недра, 1991—1992.

11. Казакова И.Г., Слинко О.В. Проблема подтопления на территории России и возможные пути ее решения // Геоэкология. Инженерная геология. Гидрогеология. Геокриология. 1993. № 1. С. 43— 50.

12. Казеннов С.М., Арбузов А.И., Ковалевский Ю.Б. Воздействия объектов нефтепродуктообеспечения на геологическую среду // Там же. 1998. № 1. С. 54—74.

13. Касимов Н.С. Экогеохимия городских ландшафтов / Под ред. Н.С. Касимова. М.: Изд-во МГУ, 1995. С. 20—39.

14. Климас А.Й., Кадунас К.С. Миграция нефтепродуктов в очаге загрязнения подземных вод // Разведка и охрана недр. 1986. № 10. С. 43—46.

15. Кожевина Л.С. Микробные системы литосферы // Геоэкология. Инженерная геология. Гидрогеология. Геокриология. 1998. № 4. С. 304—309.

16. Копанев А.И., Корнилов А.Г., Капкаев Э.А. Вопросы гигиенической оценки загрязнения атмосферного воздуха выбросами предприятий нефтедобывающей, нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности // Охрана воздушного бассейна от загрязнения технологическими и вентиляционными выбросами промышленных производств: Тез. докл. Всесоюз. науч.-техн. конф. Вып. 2. Ереван, 1974. С. 81—83.

17. Коробанова И.Г., Нефедова Т.В., Черняк Э.Р. Техногенные изменения грунтов северных районов Западной Сибири в связи с прокладкой трубопроводов // Инженерная геология. 1988. С. 60—68.

18. Корольков Д.В. Твердые отходы тепловых электростанций Центральной России и их экологическое значение // Геоэкология. Инженерная геология. Гидрогеология. Геокриология. 1998. № 5. С. 51—57.

19. Крайнов С.Р., Фойгт Г.Ю., Закутин В.П. // Геохимия. 1991. № 2. С. 169—183.

20. Лакатош Г., Беликов О.Е. Микробное поражение различных видов топлива и его последствия // Нефтяное хозяйство. 2000. № 5. С. 80—81.

21. Мочалова О.С., Нестерова М.П., Антонова Н.М. Физико-химические методы защиты водноболотных экосистем от нефтяного загрязнения // Там же. 1992. № 3. С. 35—36.

22. Никифорова Е.М., Солнцева Н.П. Техногенные изменения ландшафтов под влиянием добычи горючих полезных ископаемых // Вестник Моск. ун-та. Сер. 5. География. 1984. № 6. С. 59—66.

23. Николаева С.А. Особенности почвообразования в черноземах в условиях рисосеяния // Орошаемые черноземы / Под ред. Б.Г. Розанова. М.: Изд-во МГУ, 1989. С. 211—218.

24. Норенкова И.К., Архангельская Р.А., Тарасова Т.Г. Исследование водорастворимых органических веществ, образующихся в процессе окисления нефти микроорганизмами // Геохимия. 1978. № 3. С. 408—414.

25. Орлов М.С., Кузнецов М.М. Загрязнение подземных вод коммунальной свалкой // Вестник Моск. ун-та. Сер. 4. Геология. 1988. № 5. С. 43—48.

26. Перельман А.И. Геохимия. М.: Высшая школа, 1989. 528 с.

27. Перельман А.И., Касимов Н.С. Геохимия ландшафта. М.: Астрея-2000, 1999. 768 с.

28. Пиковский Ю.И. Трансформация техногенных потоков нефти в почвенных экосистемах // Восстановление нефтезагрязненных почвенных экосистем: Сб. науч. тр. / Отв. ред. М.А. Глазовская. М.: Наука, 1988. С. 7—22.

29. Петров Г.Н. Особенности формирования подтопленных земель крупными водохранилищами и возможности их прогноза // Тр. координац. совета по гидротехнике / ВНИИГ. Л, 1970. Вып. 59. С. 94—99.

30. Середин В.В. Санация территорий, загрязненных нефтью и нефтепродуктами // Геоэкология. Инженерная геология. Гидрогеология. Геокриология. 2000. № 6. С. 525—540.

31. Солнцева Н.П. Добыча нефти и геохимия природных ландшафтов. М.: Изд-во МГУ, 1998.

376 с.

32. Ферсман А.Е. Геохимия. М. 1937. Т. 3.

33. Хлесткин Р.Н., Самойлов Н.А. О ликвидации разливов нефти при помощи растительных отходов // Нефтяное хозяйство. 2000. № 7. С. 84.

34. Хрущев А.Т., Игонина Л.Н., Чередников А.В. Характер антропогенного воздействия на окружающую среду Шебекинского промышленного узла // Вестник Моск. ун-та. Сер. 5. География. 1992. № 4. С. 27—32.

35. Шумлянский В.А., Зайченко Н.С., Мельниченко Б.Ф., Сергеев И.П. Формы железа в сульфидно-глеевом процессе изменения красноцветных песчаников полесской серии // Геологический журнал. 1981. Т. 41. № 5. С. 98—110.

36. Шилов А.Е., Штейнман А.А. Моделирование биологического окисления метана // Природа. 1995. № 6. С. 68—78.