Гумусное состояние фоновых почв Кондаковского месторождения углеводородного сырья

С.Л. Блохина, В.П. Середина

ГУМУСНОЕ СОСТОЯНИЕ ФОНОВЫХ ПОЧВ КОНДАКОВСКОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ УГЛЕВОДОРОДНОГО СЫРЬЯ

Аннотация. Представлены результаты полевых и экспериментальных исследований почв Кондаковского нефтяного месторождения. Изучены фоновые почвы, качественный состав гумуса и особенности их гумусного состояния.

Ключевые слова: почва, гумусное состояние, нефтяное месторождение, бу-ферность.

В последние десятилетия в связи с открытием крупных нефтяных и газовых месторождений на севере Томской области появилась необходимость изучения почвенного покрова с целью более рационального его использования и своевременного контроля экологического состояния почв. На данный момент этот регион рассматривается как основная топливно-энергетическая и сырьевая база страны, при разработке которой будут использоваться малоосвоенные территории, более суровые по природным условиям, отличающиеся слабой устойчивостью и весьма малым потенциалом для самоочищения и самовосстановления [1]. Необходимость изучения фоновых (незагрязненных) почв осваиваемых нефтегазовых комплексов состоит в том, что существует потребность в уточнении всех свойств и процессов, протекающих в почвах. Кроме того, результаты данных исследований в дальнейшем могут быть использованы в целях почвенно-экологического мониторинга и разработки конкретных мер по рекультивации нарушенных и загрязненных территорий с учетом их специфических особенностей.

Объекты и методы исследований

Объектом исследования являются фоновые почвы Кондаковского лицензионного блока, который в будущем будет разрабатываться при нефте- и газодобыче. В соответствии с почвенно-географическим районированием [2] данный блок относится к среднетаежной подзоне Западной Сибири и в административном отношении располагается в Александровском районе Томской области, на правобережье реки Оби. С целью детального изучения почвенного покрова данной территории проводились инженерно-экологические изыскания методом маршрутов. Для изучения гумусного состояния почв были отобраны образцы основных представителей автоморфного (подзолистые), полугидроморфного (болотно-подзолистые) и гидроморфного (болотные верховые и низинные) рядов.

Лабораторно-аналитические исследования выполнены с использованием общепринятых в почвоведении методов [3]: гигроскопическая влага, зольность, общий органический углерод (гумус) методом И.В. Тюрина, рН водной и солевой вытяжек потенциометрическим методом, гидролитическая ки-

слотность по Каппену, обменные Ca2+, Mg2+ , их сумма комплексонометриче-ским методом, обменные H+ и Al3+ по И.А. Соколову. Определение группового и фракционного состава гумуса выполнено по схеме В.И. Тюрина в модификации В.В. Пономаревой и Т.А. Плотниковой [4], оценка гумусного состояния почв проведена в соответствии с показателями, предложенными Л.А. Гришиной и Д.С. Орловым [5].

Систематический список почв

Кондаковский лицензионный блок по агроклиматическому районированию [6] входит в прохладный, значительно увлажненный район. Эволюция почв гумидных областей равнинных слаборасчлененных территорий Западной Сибири способствует сильной заболоченности и слабому проявлению автоморфного почвообразования. Эта особенность во многом определяет условия формирования и свойства почв Кондаковского нефтяного месторождения [7]. Своеобразные природные условия изучаемой территории: пространственная и внутрипрофильная изменчивость литологического и гранулометрического состава почвообразующих пород, различная степень дренирован-ности территории, продолжительное сезонное промерзание, сочетание различных типов растительности - обусловили проявление процессов оподзоли-вания, поверхностного и глубинного оглеения. Согласно классификации и диагностике [8], современный почвенный покров исследуемой территории в связи со своеобразным сочетанием природных условий сложен, разнообразен и представлен следующими типами почв (табл. 1): подзолистыми, болотноподзолистыми и болотными. В соответствии с классификацией почв России [9] их можно отнести к двум основным стволам: постлитогенному и органогенному. В постлитогенном стволе выделен отдел текстурно-дифференцированных почв (типы подзолистых и болотно-подзолистых), а в органогенном - отдел торфяных почв (типы олиготрофных и эутрофных).

Автоморфные почвы данной территории, представленные типом подзолистых почв, развиваются преимущественно на легких породах под хвойными или смешанными лесами с бедным, но развитым мохово-лишайниковым напочвенном покровом. Это приводит к незначительному накоплению опада с кислой реакцией среды, что тормозит развитие гумусового горизонта. Общими свойствами этих почв являются: обогащенность верхних горизонтов кремнеземом при значительном выносе полуторных оксидов, глубинная глееватость, кислая реакция среды (рНсол варьирует от 3,71 до 4,60) и ненасыщенность основаниями (65-67%). В гранулометрическом составе преобладают фракции связанного песка и отмечается невысокое процентное содержание физической глины. Распределение илистой фракции свидетельствует о проявлении элювиально-иллювиального процесса, который также подтверждается дифференциацией почвенного профиля по морфологическим признакам.

Полугидроморфные болотно-подзолистые почвы формируются на пологих гривах и в понижениях водоразделов и террас под заболоченными темнохвойными и лиственными лесами. Специфической особенностью болотноподзолистых почв является их тяжелый гранулометрический состав.

Г од издания классификации Ствол Отдел Тип Подтип Род Вид Разновидность

1 2 3 4 5 6 7 8

1977 - - Подзолистая Собственно подзолистая Обычная Мелкая Средне- суглинистая

Мелкоподзолистая среднесуглинистая почва А0

2004 Постлитогенная Текстурно- дифференцированная Подзолистая Типичная - Поверхностно осветленная Средне- суглинистая

Подзолистая поверхностно осветленная среднесуглинистая 0

1977 - - Подзолистая Собственно подзолистая Псевдофибровая Мелкая Супесчаная

Мелкоподзолистая псевдофибровая супесчаная почва Оч

2004 Постлитогенная Текстурно- дифференцированная Подзолистая Типичная - Мелкая Супесчаная

Подзолистая мелкая супесчаная почва ТО

1977 - - Болотно- подзолистая Торфянисто- подзолистая глеевая Грунтового увлажнения Мелкая Средне- суглинистая

Торфянисто-мелкоподзолисто-глеевая грунтового увлажнения среднесуглинистая почва Т

2004 Постлитогенная Текстурно- дифференцированная Болотно- подзолистая Грубогумусовая - Поверхностно осветленная Средне- суглинистая

Болотно-подзолистая грубогумусовая поверхностно осветленная среднесуглинистая почва Т

1 2 3 4 5 6 7 8

1977 - - Болотная верховая Болотная торфяная Обычная Торфяная -

Болотная верховая торфяная Оч

2004 Органогенная Торфяная Олиготрофная Типичная - Среднемощная -

Торфяная олиготрофная среднемощная ТО

1977 - - Болотная низинная Низинная торфяная Обычная На средних торфах -

Болотная низинная торфяная А0

2004 Органогенная Торфяная Эутрофная Типичная - На средних торфах -

Торфяная эутрофная на средних торфах ТО

В распределении физической глины и илистой фракции наблюдается заметное увеличение к породе, что ухудшает дренажные свойства, приводит к образованию торфяного горизонта и проявлению глеевых процессов в верхней толще. Реакция среды этих почв кислая (рНсол изменяется в пределах от 3,40 до 5,00). Валовой химический анализ обнаруживает меньшую обогащен-ность болотно-подзолистых почв кремнеземом и более высокое содержание полуторных оксидов железа и алюминия, которые являются главными компонентами минеральной части почв.

Гумусное состояние почв

В составе гумуса подзолистых почв Кондаковского месторождения по всему профилю фульвокислоты значительно преобладают над гуминовыми кислотами. В этих почвах отношение Сг.к/Сф.к равно 0,3-0,4, что указывает на фульватный тип гумуса. Этот интервал сужается в нижних горизонтах до 0,2. В группе гуми-новых кислот преобладает фракция, связанная с подвижными полуторными оксидами (8,14-9,15%), а наиболее ценная, связанная с кальцием, имеет низкие значения (3,63-4,64%). Фульвокислоты представлены агрессивными фракциями. Величина негидролизуемого остатка колеблется от 37 до 42% от общего углерода, что свидетельствует о высоком содержании трудноминерализуемых веществ. Агрессивность и мобильность гумуса такого типа способствуют развитию процессов элювиирования и подзолообразования.

В составе гумуса торфянисто-мелкоподзолистой грунтово-глеевой среднесуглинистой почвы прослеживаются аналогичные закономерности, что и в составе гумуса подзолистых почв. Показатель величины негидролизуемого остатка постепенно увеличивается с глубиной профиля. Необходимо отметить, что для аналогичных почв характерно постепенное уменьшение содержания органического вещества с глубиной профиля. Подобное явление встречается во многих таежных подзолистых почвах Европы и Западной Сибири [6]. Однако такое распределение не свидетельствует о том, что в этих почвах нет иллювиирования.

Единство и самобытность холодных гумидных областей заключаются в экстремальном сочетании тепла и влаги, господстве олиготрофных растительных сообществ с малой емкостью биологического круговорота, преимущественно напочвенном поступлении растительного опада, бедности, однообразии и пониженной биохимической активности микрофлоры. Эти особенности влияют на основные характеристики гумусного состояния исследуемых почв, которые в совокупности отражают уровни накопления гумуса, его профильное распределение и качественный состав (табл. 2).

В соответствии с критериями, предложенными в [5], подзолистые почвы Кондаковского нефтяного месторождения характеризуются мощной подстилкой, состоящей из опада, отмершей растительности и переплетающих их корней. Однако содержание гумуса в верхних гумусовых горизонтах и его запасы оцениваются как очень низкие. Количество гумуса с глубиной постепенно убывает. Для исследуемых почв характерна средняя и слабая степень гумификации органического вещества, отмечается среднее содержание свободных ГК и высокое содержание прочно связанных ГК.

Т а б л и ц а 2

Показатели гумусного состояния фоновых почв Кондаковского нефтяного месторождения

Показатель, единицы измерения Величина Уровень, характер проявления

Мелкоподзолистая псевдофибровая легкосуглинистая почва

Мощность подстилки, см 5 Мощная

Содержание гумуса в гумусных горизонтах, % 1,43 Очень низкое

Запас гумуса в слое 0-20 см, т/га 20 Очень низкий

Профильное распределение гумуса в метровой толще - Постепенно убывающее

Степень гумификации органического вещества, % 19 Слабая

Тип гумуса, Сгк/Сфк 0,5 Фульватно-гуматный

Содержание «свободных» ГК, % к сумме ГК 50 Среднее

Содержание ГК, связанных с Са2+, % к сумме ГК 20 Низкое

Содержание прочно связанных ГК, % к сумме ГК 30 Высокое

Мелкоподзолистая иллювиально-железистая легкосуглинистая почва

Мощность подстилки, см 8 Мощная

Содержание гумуса в гумусных горизонтах, % 1,01 Очень низкое

Запас гумуса в слое 0-20 см, т/га 14 Очень низкий

Профильное распределение гумуса в метровой толще - Постепенно убывающее

Степень гумификации органического вещества, % 21 Средняя

Тип гумуса, Сгк/Сфк 0,4 Фульватный

Содержание «свободных» ГК, % к сумме ГК 46 Среднее

Содержание ГК, связанных с Са2+, % к сумме ГК 18 Очень низкое

Содержание прочно связанных ГК, % к сумме ГК 36 Высокое

Торфянисто-мелкоподзолистая грунтово-глеевая с] эеднесуглинистая почва

Содержание гумуса в гумусных горизонтах, % 1,09 Очень низкое

Запас гумуса в слое 0-20 см, т/га 22 Очень низкий

Профильное распределение гумуса в метровой толще - Резко убывающее

Степень гумификации органического вещества, % 29 Средняя

Тип гумуса, Сгк/Сфк 0,4 Фульватный

Содержание «свободных» ГК, % к сумме ГК 35 Низкое

Содержание ГК, связанных с Са2+, % к сумме ГК 28 Низкое

Содержание прочно связанных ГК, % к сумме ГК 36 Высокое

Близкими свойствами обладает гумус наиболее распространенных на территории месторождения торфянисто-мелкоподзолистых грунтово-глеевых почв. Данные почвы характеризуются очень низкими содержанием гумуса в верхних гумусных горизонтах и его запасами. Распределение гумуса по профилю почв резко убывающее. Характерна средняя степень гумификации органического вещества, что связано с биоклиматическими условиями и характером растительности. Залегающие непосредственно под торфом или очесом минеральные горизонты имеют фульватный тип гумуса с низким содержанием ГК фракций 1, 2 и относительно высоким содержанием ГК фракции 3. Как для подзолистых, так и торфянисто-мелкоподзолистых грунтово-глеевых почв характерны слабое образование аккумулятивной формы гумуса (гуми-новых кислот), относительно высокое содержание ГК свободных и прочно связанных с глинистыми минералами. Содержание гуматов кальция и связанных с ними фульвокислот составляет незначительную часть органического углерода.

Разработка нефтяных месторождений создает мощное техногенное воздействие на окружающую среду. Нефть, являясь комплексным загрязнителем, несет признаки, указывающие на связь с гидротермальными минералообразующими растворами. К их числу относится наличие в нефти тяжелых металлов. Связывание тяжелых металлов-загрязнителей в почве регулируется, главным образом, емкостью катионного обмена, которая в почвах определяется в значительной мере их гумусным состоянием. Гумусовые вещества служат геохимическим барьером и активно регулируют геохимические потоки металлов в экосистемах. Способность гумуса связывать тяжелые металлы в труднодоступные формы, уменьшая подвижность, значительно снижает уровень их поступления в растения [10]. Можно полагать, что в исследуемых почвах, характеризующихся невысоким содержанием в составе гумуса гуми-новых кислот, негативное влияние на растения проявится при более низкой концентрации загрязнителей.

Гумусное состояние, кислотно-щелочные условия и гранулометрический состав определяют возможность и интенсивность закрепления продуктов техногенеза в почвах и служат базовыми параметрами для оценки воздействия промышленных выбросов на экосистемы в целом. Известно [11], что основными факторами, определяющими буферность почв, являются содержание и состав гумуса. Наибольшей буферной емкостью и способностью снижать негативное влияние загрязняющих веществ на растительные и животные организмы обладают почвы с высоким содержанием гумуса, тяжелым гранулометрическим составом и высокой емкостью катионного обмена. Механизм противодействия техногенному потоку обусловлен химическими особенностями функциональных групп гумусовых кислот [12], способных к образованию электровалентных, ковалентных связей и внутрикомплексных соединений. Однако невысокое относительное содержание гуминовых кислот в почвах Кондаковского месторождения снижает возможность связывания токсичных элементов в малоподвижные и труднодиссоциирующие соединения, усиливая влияние техногенных нагрузок на природную среду.

Своеобразные природные условия изучаемой территории, сочетание различных типов растительности, особенности литологического и гранулометрического состава почвообразующих пород, а также различная степень дре-нированности территории обусловили проявление процессов оподзоливания, поверхностного и глубинного оглеения и господство в почвенном покрове подзолистых, болотно-подзолистых и болотных почв. Для всех изученных почв характерно очень низкое содержание гумуса и его запасов, а также низкое содержание наиболее ценной фракции гуминовых кислот, связанных с кальцием. Наличие в подзолистых почвах мощной подстилки, представленной грубым полуразложившимся органическим веществом, а в болотноподзолистых почвах - торфяного горизонта не способствует усилению их буферных свойств. Интегральные характеристики гумусного состояния фоновых подзолистых и торфяно-подзолистых почв (преимущественно фуль-ватный тип гумуса, преобладание во фракционном составе агрессивных фракций фульвокислот) свидетельствуют о низкой буферности исследуемых почв. В комплексе с суровыми биоклиматическими условиями изученные показатели гумусного состояния подтверждают низкую устойчивость почв исследуемого Кондаковского месторождения к техногенным нагрузкам, в том числе и нефтяным.

Литература

1. Середина В.П., Андреева Т.А., Бурмистрова Т.И., Терещенко Н.Н. Нефтезагрязненные

почвы: свойства и рекультивация. Томск: Изд-во ТПУ, 2006. 270 с.

2. Почвенно-географическое районирование СССР. М.: Изд-во АН СССР, 1962. С. 73-75.

3. Воробьева Л.А. Химический анализ почв. М.: Изд-во МГУ, 1998. 272 с.

4. Пономарева В.В., Плотникова Т.А. Определение группового и фракционного состава

гумуса по схеме И.В. Тюрина, в модификации В.В. Пономаревой и Т.А. Плотниковой // Агрохимические методы исследования почв. М.: Наука, 1975. С. 47-55.

5. ОрловД.С. Химия почв. М.: Изд-во Моск. ун-та, 1985. С. 275.

6. Гаджиев И.М., Овчинников С.М. Почвы средней тайги Западной Сибири. Новосибирск:

Наука, 1977. 150 с.

7. Блохина С.Л. Свойства почв Кондаковского лицензионного блока // Материалы LVII на-

учной конференции Биологического института «Старт в науку». Томск: ТГУ, 2008. С. 39.

8. Классификация и диагностика почв СССР. М.: Колос, 1977. 225 с.

9. Классификация почв России. М.: Почвенный ин-т им. В.В. Докучаева РАСХН, 2004.

С. 136.

10. Ильин В.Б. Тяжелые металлы в системе почва-растение. Новосибирск: Наука, 1991. 151 с.

11. Перельман А.И., КасимовН.С. Геохимия ландшафта. М.: Астрея, 1999. 768 с.

12. Орлов Д.С. Гумусовые кислоты почв и общая теория гумификации. М.: Изд-во МГУ, 1990. 25 с.