Вплив агромеліоративних заходів на відновлення властивостей та родючості нафтозабрудненого чорнозему - Автореферат

За приблизними розрахунками видобуток 1 тони нафти супроводжується зруйнуванням або забрудненням 1-1,3 м3 ґрунту. Дослідження, що склали основу дисертаційної роботи, виконані в лабораторії охорони ґрунтів від техногенного забруднення Національного наукового центру “Інститут ґрунтознавства та агрохімії імені О.Н. Соколовського” у межах НТП УААН „Родючість ґрунтів” за 1996-2000 рр. підпрограми 2 “захист ґрунтів від ерозії і техногенної деградації” відповідно завдання „Встановити закономірності міграції забруднювачів у системі ґрунт-рослина та їх гранично допустимий вміст у ґрунтах” (№ ДР 0196U012533) та НТП УААН “Родючість і охорона ґрунтів” за 2001-2005 рр. підпрограми 2 “Охорона ґрунтів від ерозії і техногенного забруднення” завдання: “Розробити базові нормативи до регламентації забруднення ґрунтів України нафтою та нафтопродуктами” (№ ДР 0101U006051). Для досягнення запланованої мети нами передбачалось вирішення наступних задач: Встановити зміни властивостей ґрунтів (фізичних, фізико-хімічних, агрохімічних, мікробіологічних) за різних рівнів забруднення нафтою та нафтопродуктами. Методи дослідження: аналізу - застосовували при вивченні обєкта досліджень; синтезу - полягав у формуванні узагальнень та висновків; індукції - для виділення варіантів з найвищою врожайністю; польовий - для встановлення впливу меліорантів та навколишнього середовища на деструкцію нафти в ґрунті; лабораторний - для визначення параметрів фізичних, хімічних, фізико-хімічних, агрохімічних та мікробіологічних властивостей ґрунту та якості врожаю; статистичний - для встановлення вірогідності результатів досліджень та точності досліду.Багатьма дослідженнями в різних країнах було встановлено, що на акумуляцію і трансформацію вуглеводнів нафти в ґрунті, впливає дуже велика кількість факторів. Відбувається зміна складу популяції і груп мікроорганізмів у результаті чого в забруднених ґрунтах зявляються види, які рідко зустрічаються або зовсім нетипові для цього ґрунту. Схема досліду: 1) контроль (ґрунт незабруднений); 2) фон 1 (забруднення нафтою 3 л/м2); 3) фон 2 (забруднення нафтою 6 л/м2); 4) фон 1 N300P60K60; 5)варіант 4 солома, 1 т/га; 6) варіант 5 клиноптилоліт, 2,5 т/га; 7) варіант 6 вапно, 2 т/га; 8) Варіант 7 оксиетилцелюлоза, 0,2 т/га; 9) фон 2 N300 P60 K60; 10) варіант 9 солома 1 т/га; 11) варіант 10 клиноптилоліт 2,5 т/га; 12) варіант 11 вапно, 2 т/га; 13) варіант 12 оксиетилцелюлоза, 0,2 т/га; 14) фон 2 зверху солома, 5 см пісок, 10-15 см ґрунт 20 см з гноєм 100 т/га 40см шар чорнозему опідзоленого; 15) фон 2 зверху солома 5 см пісок 10-15 см ґрунт 20 см. з гноєм 100 т/га 20 см шар чорнозему щебенюватого на елювії карбонатів; Схема досліду: 1) контроль I (чистий ґрунт); 2) забруднення нафтою 1% від ваги 20см шару (= 2,5 л/м2); 3) нафта 1% N300Р60К60 солома, 1 т/га вапно 2 т/га; 4) нафта 2% (5,0 л/м2); 5) нафта 2% N300Р60К60 солома, 1 т/га вапно 2 т/га; 6) нафта 4% (10 л/м2); 7) нафта 4% N300Р60К60 солома, 1 т/га вапно 2 т/га; 8) нафта 8% (20 л/м2); 9) нафта 8% N300Р60К60 солома, 1 т/га вапно 2 т/га; При 10%-вому рівні забруднення і вологості 25% від НВ вміст нафти в ґрунті становить 10%, що еквівалентно 30%-вому рівні забруднення при вологості 50% від НВ.Встановлено перспективність застосування запропонованої системи заходів за різних рівнів забруднення ґрунту, що виявляється у значному прискоренні процесів відновлення його властивостей та родючості і підвищенні врожайності культур агроценозу. Фізичні показники ґрунту виступають домінуючим чинником у регулюванні кількості нафти в ґрунті. Було встановлено, що за 20%-вого рівня забруднення ґрунту сирою (неочищеною) нафтою уміст іонів натрію у чорноземі опідзоленому переважав контрольний варіант у 270 разів, а хлору - у 122 рази. Вміст рухомого фосфору при забрудненні нафтою у кількості від 1 до 20% від ваги ґрунту повільно зменшується і, починаючи з 6%-вого рівня, зупиняється на 52-56% від контролю. Зазнає змін уміст нітратного азоту: за дози забруднення 2% від ваги ґрунту його вміст становить 40% від контролю, а з підвищенням рівня забруднення до 5-20% різко зменшується й становить 3-7% від контролю.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У дисертаційній роботі теоретично обґрунтовано доцільність використання розробленої системи агромеліоративних заходів щодо відновлення родючості нафтозабрудненого чорнозему. Встановлено перспективність застосування запропонованої системи заходів за різних рівнів забруднення ґрунту, що виявляється у значному прискоренні процесів відновлення його властивостей та родючості і підвищенні врожайності культур агроценозу.

Фізичні показники ґрунту виступають домінуючим чинником у регулюванні кількості нафти в ґрунті. Розподіл вуглеводнів у ґрунті відбувається за принципом дії хроматографічної колонки: у верхній частині затримуються її важкі фракції, а більш легкі мігрують у нижні горизонти. Встановлено, що із збільшенням щільності будови ґрунту, кількість адсорбованої нафти зростає. Вологість ґрунту також істотно впливає на накопичення у ньому темнозабарвлених вуглеводнів: з її зростанням спостерігається зменшення умісту нафти, але збільшується глибина її вертикальної міграції. На процеси випаровування нафти першочергове значення має вплив температури, а також рівень забруднення та гранулометричний склад ґрунту. З підвищенням забруднення і вмісту піску в субстраті частка випаруваної нафти знижується.

Встановлено суттєвий вплив високомінералізованих пластових вод на рівень засолення ґрунту. Було встановлено, що за 20%-вого рівня забруднення ґрунту сирою (неочищеною) нафтою уміст іонів натрію у чорноземі опідзоленому переважав контрольний варіант у 270 разів, а хлору - у 122 рази. Крім цього, наявність стійкої гідрофобної плівки на поверхні ґрунтових часток перешкоджає обмінним процесам.

Виявлено особливості змін агрохімічних показників ґрунту при забрудненні нафтою. Вміст рухомого фосфору при забрудненні нафтою у кількості від 1 до 20% від ваги ґрунту повільно зменшується і, починаючи з 6%-вого рівня, зупиняється на 52-56% від контролю. Зазнає змін уміст нітратного азоту: за дози забруднення 2% від ваги ґрунту його вміст становить 40% від контролю, а з підвищенням рівня забруднення до 5-20% різко зменшується й становить 3-7% від контролю.

Встановлено динаміку змін умісту рухомого Р2О5, обмінного К2О, нітратного та амонійного азоту під впливом забруднення нафтопродуктами (бензин, гас, дизельне пальне, мазут). Протягом першого року вміст рухомого фосфору зменшується до 40% при забрудненні бензином і до 15% мазутом, в результаті дії гасу та дизпалива змін не відбувається. Проте, в кінці року на всіх забруднювачах зменшення становить до 20%. На другий і третій роки вміст Р2О5 стабілізується на початковому рівні, збільшуючись у наступні роки на 10-20%. Уміст рухомого К2О в перший рік забруднення підвищується, у наступні роки стабілізується практично на початковому рівні. Кількість амонійного азоту в перший рік різко підвищується на всіх фонах забруднення, а з другого року наступає стабілізація. Уміст нітратного азоту найпомітніше зменшується на фоні забруднення гасом, дизельним паливом та мазутом (на 60-100 %) і в меншій мірі на фоні бензину (25-50%) та поступово зростає на пятий рік, не досягаючи при цьому початкового рівня.

Потрапляння до ґрунту вуглеводнів нафти зумовлює суттєві зміни співвідношення С:N, що призводить до зміни кругообігу вуглецю й азоту. Нітрифікаційна здатність ґрунту в початковий період навіть за незначного забруднення дуже сильно пригнічується. Спостерігається значна перебудова мікробних ценозів. На початковому етапі через наявність легких вуглеводнів (нафтових парів) спостерігається загальне пригнічення ґрунтової біоти, далі в процесі їх видалення і розвитку специфічних вуглеводеньокислюючих мікроорганізмів відбувається бурхливий розвиток процесів біологічної деградації, що видно з інтенсивності дихання ґрунту. Таке явище спостерігається через рік-два після забруднення і поступово згасає.

Найбільший ефект серед випробуваних меліорантів на фоні забруднення у 6 л/м2 забезпечило застосування мінеральних добрив N300P60K60, клиноптилоліту і соломи, що зумовило суттєві прирости врожаю тест-культур: на другий рік 95%, на третій - 110% і на четвертий - 158% від фонового.

Встановлено позитивний вплив агромеліорації за різних рівнів нафтового забруднення, яка складалась із внесення N300P60K60, 1 т/га соломи і 2 т/га вапна через місяць після забруднення ґрунту. Ефективність проведеної меліорації була найвищою за низьких рівнів забруднення (2,5-5 л/м2 нафти) та зменшувалася з підвищенням інтенсивності забруднення (10-20 л/м2 нафти), але при цьому збільшувався термін позитивного впливу на врожай тест-культури. Цей склад меліорантів можна вважати прийнятним, але не оптимальним.

Лімітуючим чинником, який істотно впливає на врожай протягом перших трьох років, виступає азот і лише в перший рік поряд з ним суттєвий вплив мали фосфорно-калійні добрива. Використані меліоранти - солома та цеоліт - значних приростів урожаю тест-культури не забезпечували, але вони необхідні для застосування в комплексі з мінеральними добривами.

Оптимальною дозою меліорантів, згідно проведених досліджень, є: мінеральні добрива N1000P360K360, солома 2 т/га, цеоліт 5 т/га, при застосуванні яких отримано найбільше зростання урожайності тест-культури. Причому, у перший рік, після забруднення оптимальною дозою азотних добрив можна вважати 600 кг д.р./га, за якої одержано максимальну врожайність. Решту азотних добрив (400 кг д.р./га) необхідно внести на наступний рік.

пропозиції виробництву

Пропонується система агрозаходів з відновлення родючості нафтозабруднених ґрунтів, яка полягає в ефективній практичній реалізації простих, доступних та дієвих заходів - внесення мінеральних добрив, соломи, цеоліту та рихлення ґрунту, що значно прискорює процес відновлення його родючості. Оптимальною дозою меліорантів, при застосуванні яких було отримано максимальну врожайність тест-культури, є: мінеральні добрива N1000P360K360, солома 2 т/га, цеоліт 5 т/га. В перший рік після забруднення оптимальною дозою азотних добрив є 600 кг д.р./га, за якої одержано максимальний урожай, а решту - 400 кг д.р./га на наступний рік. Ця система агрозаходів рекомендується для підприємств, які займаються нафто-газовидобуванням, транспортуванням і переробкою нафти, а також для землевласників, які повязані з нафтогазовою промисловістю та дозволяє значно скоротити термін відновлення родючості нафтозабрудненого ґрунту.

Мірошниченко М.М., Фатєєв А.І., Панасенко Є.В., Якушко В.І. Зміни родючості ґрунту при вуглеводневому забрудненні // Вісник аграрної науки. - 2002. № 10. - С. 52-54 (проведення польових досліджень, отримання експериментальних даних, математичне оброблення).

Фатеев А.И., Мирошниченко Н.Н., Панасенко Е.В. Христенко С.И. Изменение агрохимических и микробиологических свойств нефтезагрязненного чернозема в рекультивационный период // Агрохимия. - 2004. - №10. - С. 53-60. (проведення польових досліджень, отримання експериментальних даних, вступ, математичне оброблення, висновок).

Мірошниченко М.М., Панасенко Є.В., Мірошниченко Л.М., Якушко В.І. Стійкість ґрунту проти забруднення нафтою: параметри оцінки і механізм формування// Агрохімія і ґрунтознавство. - 2001. - Вип. 61. - С. 176-185 (проведення польових досліджень, отримання експериментальних даних, аналітичні роботи з визначення інтенсивності дихання разом з Якушко В.І).

Панасенко Є.В. Біодеградація нафти у забрудненому ґрунті і шляхи її прискорення // Вісник ХДАУ. - 2001. - Вип. № 3. - С.204-206.

Панасенко Є.В. Агромеліоративний напрям у вирішенні проблеми рекультивації нафтозабруднених ґрунтів // Вісник ХДАУ. - 2004. - Вип. № 6. - С.154-159.

Мірошниченко М.М., Фатєєв А.І., Панасенко Є.В., Христенко С.І., Павленко О.Ф. Фактори деконтамінації ґрунтів, що зазнали вуглеводневого забруднення та нормування допустимих навантажень // Ґрунтознавство. - 2002. - Том 3. - № 3-4. -С. 75-79 (проведення польових досліджень, отримання експериментальних даних, побудова графіків, підготовка до друку).

Фатєєв А.І., Мірошниченко М.М., Панасенко Є.В., Якушко В.І. Відновлення родючості нафтозабрудненого ґрунту засобами агромеліорації // Вісник аграрної науки південного регіону. Сільськогосподарські та біологічні науки. Вип. 1. -Одеса: СМИЛ, 2000. - С. 234-240 (проведення польових досліджень, підготовка зразків до аналізу, отримання експериментальних даних, математичне оброблення).

Фатєєв А.І., Мірошниченко М.М., Пащенко Я.В., Самохвалова В.Л. Панасенко Є.В. Раціональне використання й охорона земельних ресурсів, безпека агроландшафту і салітебних територій. Охорона довкілля. / Наукові основи агропромислового виробництва в зоні Степу України - К.: Аграрна наука, 2004. - С. 112-117 (проведення польових досліджень, отримання експериментальних даних, участь в узагальненні результатів та формуванні висновків).

Фатєєв А.І., Мірошниченко М.М., Панасенко Є.В., Павленко О.Ф., Якушко В.І., Мірошниченко Л.М. Стан родючості ґрунтів після забруднення нафтою та нафтопродуктами // Агрохімія і ґрунтознавство. - Спец. вип. - Харків. - 2002. -Книга третя.-С. 150-152 (проведення польових досліджень, отримання експериментальних даних, математичне оброблення).

Фатєєв А.І., Білоненко Г.М., Мірошниченко М.М., Панасенко Є.В. Технологія рекультивації забруднених нафтою ґрунтів // Аграрна наука - виробництву. Інф. бюл.- 2001. № 1 (15). -С. 6 (проведення польових досліджень, отримання експериментальних даних, підготовка до друку).

Панасенко Е.В. Устойчивость почвы к загрязнению нефтью // Устойчивость почв к естественным и антропогенным воздействиям: Тез. док. Всерос. конф., г. Москва, 24-25 апреля 2002 г. -М.: Почв. ин-т. им. В.В. Докучаева. 2002. -С.186-187.

Фатеев А.И., Мирошниченко Н.Н., Пащенко Я.В., Самохвалова В.Л., Панасенко Е.В. Регламентация химического загрязнения почв и использование техногенно загрязненных земель / Труды междунар. Симпозиума: “Межрегиональные проблемы экологической безопасности (МПЭБ-2003)“. 17-20 сентября 2003г., г. Сумы / Под ред. А.М. Царенко, Л.Г. Сумы, “Довкілля”, 2003. - С. 120-126 (проведення польових досліджень та отримання експериментальних даних при забрудненні ґрунту нафтою та нафтопродуктами, їх аналіз, математичне оброблення).

Фатєєв А.І., Мірошниченко М.М., Пащенко Я.В., Панасенко Є.В., Самохвалова В.Л. Актуальні проблеми моніторингу техногенно забруднених ґрунтів // Матеріали міжнар. наук.-пр. конф. “40 років: від агрохімічної служби до служби охорони ґрунтів”. - Вип. 1. (Охорона родючості ґрунтів). - Київ: Аграрна наука. - 2004. - С. 149-158 (проведення аналітичного огляду та його аналіз, підготовка до друку).

Мірошниченко М.М., Фатєєв А.І., Самохвалова В.Л., Панасенко Є.В., Якушко В.І. Фосфор у землеробстві на техногенно забруднених ґрунтах // Матеріали міжнар. наук.-пр. конф. “Фосфор і калій у землеробстві. Проблеми мікробіологічної мобілізації” Чернігів. 12-14 липня 2004р. - С. 86-94 (проведення польових досліджень, отримання експериментальних даних, їх математичне оброблення, побудова графіків, участь в формулюванні висновків).