К вопросу о рекультивации нефтешламовых амбаров
ФГУ «Краснодарский опытный лесхоз», г. Краснодар
Проанализировано влияние на окружающую среду четырех нефтешламовых накопителей. Сделана экологическая оценка аборигенной растительности вокруг амбаров, оценены экологические функции загрязненной нефтью почвы по деградации ее свойств. Представлены результаты содержания общих углеводородов нефти в почве вокруг нефтешламовых амбаров (на расстоянии от 0 до 20 м от уреза) и проникновение их в окружающий почвогрунт. Сделан вывод о том, что в районе обследованных амбаров происходит смена лесных фитоценозов на болотные с разрушением древесного яруса. Полученные результаты могут быть использованы при разработке рабочих проектов по рекультивации нефтешламовых амбаров.
Введение
Нефть и нефтепродукты относятся к числу наиболее экологически опасных загрязнителей окружающей среды. Одним из источников загрязнения являются нефтешламовые амбары, которые используются для резервации отходов бурения. Построенные зачастую с нарушением экологических требований, они могут фильтровать жидкие фракции через стенки обваловки на близлежащую территорию, или же, не имея гидроизоляции в основании амбара, пропускать химические вещества в почву. Кроме того, долгое хранение нефтешламов в амбарах способствует мощному связыванию нефти с почвенными частицами, а физико-химические преобразования нефти в процессе хранения в амбарах с годами приводит к концентрированию соединений с большим молекулярным весом.
Твердая фаза буровых шламов является постоянным источником токсических, мутагенных и канцерогенных углеводородов. По мере удлинения срока нахождения их в некультивированных буровых амбарах возрастает токсичность для окружающей среды. А это приводит к смене растительного покрова, к снижению или полной его ликвидации, накоплению в растениях токсических углеводородов. То есть, нефтяное загрязнение надолго создает угрозу флоре и фауне, включая и население. Поэтому проведение рекультивации шламовых амбаров является одним из важнейших природоохранных мероприятий, направленных на восстановление экологической ситуации в регионе. В связи с этим мы проанализировали влияние на окружающую среду нескольких амбаров, находящихся на территории лесного массива Апшеронского района Краснодарского края.
Программа, методика и объекты исследований
Объектами исследования являлись почвы и растительность в районе четырех нефтешламовых амбаров, содержащих отходы бурения. Один из нефтешламовых амбаров, находится на холмистой равнине, слабовыраженном склоне северо-восточной экспозиции в пойме реки Туха. Амбар, созданный еще в 1950-х годах – пока действующий. Для этого амбара был сформирован противофильтрационный экран по периметру из глинистых грунтов. Общая площадь его 3000 м2. Амбар заполнен булькающей вязкой жидкостью с характерным запахом нефти, плотность которой 0,90 г/см3. Для сравнения было исследовано три недействующих амбара, заброшенных много лет назад. Они находятся на северо-западной окраине г. Хадыженска в лесу, на слабовыраженном склоне западной экспозиции. Площадь каждого около 2000 м2. По периметру амбара, расположенного выше других на расстоянии 0,7-1,5 м от дамбы внутрь амбара – сплошная плотная поверхность (асфальтовая смола), далее - безжизненная жидкая часть: спокойная черная гладь без пробулькиваний. Второй заброшенный высохший амбар находится на юго-западе от предыдущего в 200 метрах от дороги. На юго-запад на 5 метров ниже по уровню амбара с асфальтовой смолой по краям, расположен залитый водой амбар. Оценивались экологические функции загрязненной нефтью почвы по деградации ее свойств, т.е. обеспеченность NPK, гумусное состояние, структурные и водно-физические свойства почвы по общепринятым методикам. Для этого пробы почвы отбирались на разном расстоянии от амбаров (от 0 до 20 м от уреза). Содержание углеводородов нефти определяли методом ИК-спектрометрии. Погрешность методики ±25%.
Результаты и их обсуждение.
Территория исследуемых участков относится к V агроклиматическому району. Климат расположения амбаров - умеренно-континентальный с гидротермическим коэффициентом 1,2-2,0. Участки характеризуются обильным увлажнением. За год выпадает от 800 до 1500 мм осадков. Распределение осадков в течение года равномерное. Зима умеренно теплая. Среднемесячная температура января составляет -20С -40С. Абсолютный минимум может снижаться до -320С. Снежный покров появляется в конце ноября, он неустойчив более, чем в 50% зим. В начале июня наступает лето. Оно нежаркое. Средняя месячная температура воздуха самого теплого месяца июля 19-21,5 0С, однако, максимальная температура может повышаться до 370С. Несмотря на то, что район хорошо увлажнен, в течение вегетационного периода возможна засуха.
Результаты обследования показали, что в условиях хорошего увлажнения и при достаточно высокой сумме активных температур сформировались темно-серые лесные, тяжелосуглинистые среднемощные среднегумусные и серые лесные легкоглинистые среднемощные малогумусные почвы.
Почвообразующими породами темно-серых и серых лесных почв послужили делювиально-пролювиальные отложения, довольно плотные, являющиеся продуктами выветривания сланцевых глин.
Результаты лабораторных данных показали, что механический состав почвы у действующего амбара – тяжело-суглинистый. Содержание физической глины варьирует от 41,28% до 50,82%. Механический состав почвы у заброшенного амбара (на северо-западной окраине г. Хадыженска) – глина легкая. Содержание физической глины – 66,57% - 72,24%. Наличие суглинистого или глинистого механического состава делает почву хорошим поглотителем загрязняющих веществ.
Почвенная среда у всех амбаров имеет слабокислую и нейтральную реакцию (рН 6,2-6,75), что благоприятствует осуществлению процесса биодеструкции углеводородов нефти.
Обеспеченность подвижным фосфором очень низкая и низкая (0,01- 3,31 мг/100 г почвы), а обменным калием от средней до повышенной (8,0-13,0 мг/100 г почвы).
Содержание гумуса в почве у действующего амбара колеблется по горизонтам от повышенного до высокого (4,62%-7,35%), а в вблизи заброшенного амбара обеспеченность почвы гумусом низкая (3,0%-0,79%).
Нитрифицирующая способность почвы очень низкая (0,78-1,7 мг/кг почвы), поэтому целесообразно интенсифицировать процесс самоочищения почвы, загрязненной нефтью, внесением азотных удобрений. Почва не засолена и не солонцевата.
Учитывая, что вред, причиняемый лесу, при толщине шлама даже 5-10 см и на небольшой площади, какой являются исследуемые амбары (2000-3000 2) сопоставим с нефтяным загрязнением сильной степени, мы проанализировали состояние лесной растительности в районе исследуемых амбаров.
Так, на площади дейсвующего амбара наблюдается полная гибель фитоценоза, но по окраинам отмечается избирательная сохранность более устойчивых растений. Доминирующая роль у уреза амбара принадлежит таким древесно-кустарниковым породам, как дикие с плодами яблони и груши, боярышник, тёрн, свидина, заросли ольхи, лещина, ясень, тополь. Причем, указанные породы частично подвержены деструкции. Морфометрические показатели, ассимиляционный аппарат, плоды этих древостоев уменьшены по сравнению с такими же породами, расположенными в 100 метрах от амбара.
Травянистая растительность у уреза – это в основном хвощи и встречаются единичные особи водяного перца, спорыша, репейника, клубнекамыша, рогоза, зверобоя, ежевики, пырея, щетинника, паслена, амброзии, тысячелистника, цикория, девясила, вики, вьюнка. Примечательно, что листья травянистой растительности у уреза покрыты коричневыми пятнами ржавчины, на листьях отдельных кустов и трав в изобилии тля.
Древесно-кустарниковая растительность, расположенная за искусственно созданной дамбой вокруг амбара, то есть на 1,5-2,0 метра ниже нефтяной глади, представлена такими же породами, но встречаются и другие: дубки молодые, верба, ива, клены, липы, несколько видов тополей, бук, крушина, осина.
Травянистая растительность внизу амбара на расстоянии 50-100 метров от него также луговая, но отмечается большое видовое разнообразие: морковь дикая, девясил, тысячелистник, добавляется еще клубнекамыш, рогоз, ромашка, мать-и-мачеха, различные злаковые травы, цикорий, чертополох.
В данном случае налицо перестройка структуры растительного покрова.
На асфальтовой смоле заброшенного амбара растительность отсутствует, но рядом растут тополь белый, дикие груши и яблони, заросли боярышника, шелковицы.
Травянистая растительность рядом с асфальтовой частью амбара характеризуется весьма ограниченным набором: хвощи, отдельные кусты дикой моркови и ежевики, зверобой, девясил, цикорий, подорожник, пырей.
На расстоянии 1,5 метра от асфальта - дуб, груши и яблони. Ассортимент травянистой растительности тот же, что и у действующего амбара, описанного выше. Отличие в том, что древесно-кустарниковая растительность высокая (высота выше 3-6 метров) с неповрежденными листьями, все с плодами, в то время как на действующем амбаре - от 1,0 до 2,0 метров. Травянистая растительность – пырей и др. высохшая. Не вызывает сомнений, что лимитирующим фактором в данном случае является фитотоксичность нефти, высокая температура воздуха, и недостаток питательных элементов в почве.
Процесс естественного самозарастания второго заброшенного высохшего амбара никто не контролировал. Амбар длительное время заливался осадками. Под влиянием постоянного переувлажнения сформировались лугово-болотные почвы, имеющие плохую водопроницаемость, низкую порозность и водоотдачу. В результате чего образовался фитоценоз, не отвечающий необходимым требованиям биоразнообразия. Это в основном болотная растительность, состоящая из рогоза, камыша и тростника высотой до 1,5 метра, водяного перца. В нижнем ярусе амбара большое количество амброзии и пырея, встречаются отдельные кусты тысячелистника. Вокруг болотной растительности растут древесно-кустарниковые древостои высотой до 8 метров: бук, боярышник, ивы. Под пологом древостоев представлена травянистая растительность: дикая морковь, вика, девясил, подорожник, мать-и-мачеха, цикорий, целая куртина репейника высотой до 1,5 метра. Молодая растительность по морфологическим показателям и видовому составу не только не уступает фоновым растениям, но и превосходит их. Можно предположить, что это связано со стимулирующим эффектом каких-то составляющих частей нефтешламов, на что указывают и другие авторы (Кроткевич, 1982).
По краям третьего заброшенного амбара произрастает болотная растительность: рогоз, тростник и отдельная древесно-кустарниковая растительность: боярышник, дикие груши и яблони. На воде и растительности нефтяных пятен не обнаружено. Здесь неизбежным следствием затопления явилась смена лесных фитоценозов на болотные, с полным разрушением древесного яруса. Налицо обеднение видового состава лесной растительности, исчезновение отдельных видов растений и фитоценозов. Чтобы ускорить процесс восстановления лесной растительности, этот амбар можно естественно залесить, руководствуясь технологией введения биоразнообразия и используя реакцию аборигенной растительности на воздействие нефтепродуктов (Максименко, Герш, 2005)..
Анализы почвенных образцов, взятых в 20 метрах от действующего амбара показали, что содержание углеводородов нефти в почве увеличивается с глубиной, то есть в слое 0-20 см – 1,51 г/кг, а в слое 120-130 см – 8,85 г/кг.
Проникновение нефти визуально было отмечено только на глубине 50 см. В результате продолжающегося заполнения данного амбара нефтепродуктами вероятность повышения уровня проникновения нефти к поверхности не исключается.
В почвенных образцах, взятых с разных сторон действующего амбара в 1,5 метрах от уреза содержание углеводородов нефти варьирует в слое 0-20 см от 25,70 г/кг до 36,21 г/кг, в слое 20-40 см – от 46,71 г/кг до 9,75г/кг, в слое 40-60 см – от 3,56г/кг до 5,72 г/кг.
Исходя из полученных данных, можно сделать вывод, что вокруг действующего амбара даже на расстоянии 20 метров содержание углеводородов нефти еще достаточно значительно и увеличивается вниз по горизонтам (например, в слое 120-130 см их около 9,0 г/кг почвы).
На расстоянии 6 метров от первого заброшенного амбара, количество углеводородов нефти в серой лесной почве незначительно и колеблется в слоях от 0,05 до 0,44 г/кг почвы. Однако на урезе амбара содержание углеводородов нефти в слое 0-40 см составляет 67,11 г/кг почвы. На расстоянии 0,5 метров от уреза содержание углеводородов колеблется в слое 0-20 см от 39,10 г/кг до 27,11 г/кг почвы, в слое 20-60 см – от 14,41 г/кг до 22,14 г/кг, в слое 80-100 – от 13,16 г/кг до 7,21 г/кг почвы.
То есть, в районе давно заброшенного (недействующего) амбара уже на расстоянии 6 метров от него нефти в почве почти нет, лишь рядом с урезом (50 см) или у уреза ее содержание довольно значительное.
Следовательно, одной из причин нарушения биоразнообразия в районах хранения отходов нефти является довольно высокое содержание углеводородов нефти в почве.
Заключение
Нефтешламовые амбары – загрязнители окружающей среды, нарушающие биоразнообразие лесных биоценозов. Результаты исследований показали, что процессы саморекультивации их происходят медленно, что наглядно продемонстрировано по уменьшению содержания углеводородов нефти в почве вокруг амбаров и по слабому возобновлению ценозов за счет порослевого и корневого отрастания.
Полученные нами результаты могут быть использованы при разработке рабочих проектов по очистке нефтешламовых амбаров.
Благодарности: работа выполнена при грантовой поддержке CRDF (грант RBO-10118-MO-03 (ANL)).