CC BY
22
УДК 631.416:502.76
ЛАНДШАФТНО-ГЕОХИМИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ИЗМЕНЕНИЯ ПРИРОДНЫХ СРЕД В РАЙОНАХ НЕФТЕГАЗОДОБЫЧИ (НА ПРИМЕРЕ ЧЕРНЫХ ЗЕМЕЛЬ РЕСПУБЛИКИ КАЛМЫКИЯ)
© 2005 г. Л. Х. Сангаджиева, Г.М.Борликов, О.С.Сангаджиева
The background containing of macro- and microelements in the main components of unbroken landscapes of Black Lands has been defined. Different types of technogene pollution of environment in oil-mining regions and biogeocenosis reaction on them have been revealed. It was establish-hed that heavy metalls contained in the particles of soils and layers are low-movable and not dangerous for plants and halogenes and alkaline metals, coming with oil, boring solutions and underground waters make the main threat to the natural landscapes.
Стремительное развитие нефтегазового комплекса (НГК) во второй половине 80-х гг. в Республике Калмыкия (РК) внесло существенные изменения в систему взаимодействия природы и хозяйства, сложившуюся к тому времени в регионе. Резко увеличились темпы и масштабы деградации пастбищ, заболачивания, усилилось опустынивание и загрязнение окружающей среды, сократились уловы рыбы, количество дичи и сайгаков. Истощение биоресурсов привело к подрыву традиционного хозяйственного уклада коренного населения - калмыков.
Недостаточность информации о степени и факторах трансформации природной среды, о возникающих экологическим проблемах, отсутствие при-родно-обоснованной программы развития региона приводят к просчетам при определении приоритетов в природопользовании. Нарастающее антропогенное воздействие на природные ландшафты Нижнего Поволжья, в том числе Калмыкии, и связанное с ним усиление экологической и социальной напряженности делают актуальным проведение комплексной оценки современного состояния ландшафтов, анализ механизмов формирования и тенденций развития экологической ситуации в регионе.
Антропогенное воздействие на природную среду часто сопровождается увеличением поступления в нее различных загрязняющих веществ, негативно влияющих на все компоненты биосферы, в том числе на наземные и водные экосистемы. При этом меняется биохимическая организованность как отдельных ландшафтов, так и крупных территорий. Изменения ландшафтно-геохимической обстановки на территориях, подверженных антропогенному воздействию, хорошо фиксируются биогеохимическими показателями, поскольку последние наиболее подвижны [1, 2]. В районах добычи нефти и газа постоянно существует опасность катастрофического воздействия на окружающую среду, которое проявляется в нарушении почвенного и растительного покрова, гидрологического режима территорий. Вред природе наносят содержащиеся в нефти и газе, буровых растворах, подземных и пластовых водах различные химические вещества и элементы (V, N1, Бе, Мп, Сг, Мо, ги, Си, В, Вг, I, РВ, Сё, 8г), спо-
собные отравлять животные и растительные организмы. Из-за высокого уровня минерализации буровых растворов, подземных и пластовых вод даже слабо токсичные соединения (№С1, NH4+ и Р04-3 -ионы), наносят существенный вред природной среде
[3].
В районах нефтегазодобычи Республики Калмыкия нарушения состояния природной среды разнообразны, а загрязнение ландшафтов полиэлементно. Нарушение сложившейся на осваиваемых территориях ландшафтно-геохимической обстановки биогеохимического круговорота элементов приводит к негативным изменениям почв и водных объектов, к гибели существующих там биогеоценозов.
Объекты и методы исследований
Особенности антропогенных воздействий в том, что в настоящее время в исследуемом районе из традиционных отраслей хозяйства наибольшее распространение имеет овцеводство, охота, рыболовство и овощеводство и ряд форм деятельности, связанных с волной нового промышленного освоения: геологоразведка, добыча природного газа, нефти, строительство, транспорт, энергетика. Неблагоприятные эколого-геохимические условия под воздействием техногенеза имеют локальный характер (буровые скважины Черноземельского, Ики-Бурульского, Юстинского районов).
Реально наблюдаемые изменения природных ландшафтов оказываются результатом совместного действия разнообразных форм деятельности, которые могут быть разобщены во времени и пространстве или сочетаться в пределах одного участка, что существенно усложняет анализ причин возникновения экологических проблем. Для целей исследования все разнообразие форм хозяйственной деятельности было сведено к ограниченному числу так называемых элементарных антропогенных воздействий. Под последними понимается воздействие, характеризуемое единым способом трансформации объекта и направленное на один конкретный элемент ландшафта (табл. 1).
Таблица 1
Геоэкологическая характеристика основных объектов нефтегазового комплекса
Тип объекта, форма деятельности Характерный спектр воздействия Длительность воздействия Площадь нарушений
Разведочная буровая скважина Механическое нарушение поверхности, загрязнение ГСМ, буровым раствором 5-10 лет 0,03 км2
Кустовые площадки, компрессорные станки и др. объекты нефтяных месторождений Отчуждение территории под сооружения, создание искусственных субстратов, механические нарушения поверхности, разливы ГСМ и разливы сырой нефти , обнажение материнской породы Десятилетия 0,05 км2
Дороги с искусственным покрытием Механические нарушения, отчуждение территории, изменение режима снегонакопления, распределение стока Десятилетия 0,04 км2
Чабанские стоянки Механическое нарушение почвенно-растительного покрова, загрязнение почв, вод отходами животноводства Десятилетия 0,05-1 км2
Единичные проезды вне дорог Механическое нарушение почвенно-растительного покрова Разовое 0,003-0,02 2 км2
Полигоны отходов, свалки То же Десятилетия 0,024 км2
Мелиоративное строительство Механическое нарушение почвенно-растительного покрова, загрязнение почв, вод ядохимикатами, удобрениями, вторичное засоление почв Десятилетия 0,025 км2
Исследования проводились на территории Республики Калмыкия в пределах Черноземельского ландшафтно-геохимического округа полупустынной провинции северо-западной части Прикаспийской низменности, Аридный климат района исследования, именуемого Черные Земли, сильная расчлененность рельефа обусловливают гетеротрофность местообитаний и пустынность территорий. В составе поверхностных отложений здесь встречаются мелкозернистые пески, легкие суглинки, супеси эолового и озерного происхождения. Песчаные равнины покрыты кустарничками джузгуном и терескеном, деревья присутствуют в виде изреженных лесополос. На супесчаных отложениях с близко лежащими грунтовыми водами под бурыми полупустынными почвами в древостое появляются вяз, тополь, акация, полукустарники - скумпия и сумах, в травостое - полынно-разнотравная растительность. На суглинках в лесных сообществах доминируют тополь, клен, терн, искусственные посадки ели, березы, сосны. Разнотравье сочетается с ягодными кустарниками смородины, облепихи, в травяном покрове преобладают разнотравье. Отмечаемый эффект возрастающего плодородия и минерального богатства почв с утяжелением их гранулометрического состава сопровождается гидроморфностью суглинистых почв, поверхностным оглеением и накоплением засоленного горизонта, что отрицательно сказывается на интенсивности биологического круговорота [3].
Около 50 % территории покрыто песками, болотами и озерами. Озера занимают 1/3 территории, между ними находятся пониженные места - лиманы и каналы оросительной системы. Озера отмечены высокой минерализацией, что подтверждает высокий горизонтальный фильтрационный сток и практически усиливает водообмен с подстилающими засоленными минеральными грунтами. В результате все озера и болота имеют двойное питание: частично атмосферное (только в осенне-зимний период) и в основном - грунтовое. Сток происходит либо по
системам узких мочажин, либо в руслах межозерных ручьев и речек, заканчивающихся слепыми стоками.
Отбор проб почв, растений и воды проводили на загрязненных территориях полигонов буровых площадок месторождений Баирская и Состинская, а также на целинных участках в летнее время в наиболее распространенных растительных сообществах, на территориях с разной степенью техногенного загрязнения. Образцы почв и растений упаковывали в полиэтиленовые мешки, а после доставки в лабораторию определяли влажность, высушивали до воздушно-сухого состояния и размалывания. Пробы вод предварительно отфильтровывали через бумажный фильтр. Помещали в пластиковые бутылки и подкисляли азотной кислотой. Для определения рН и некоторых других свойств воды брали отдельную пробу, которая не подкислялась, но хранилась в холодном месте. Подготовку вытяжек проводили по методу Ринькиса [4].
Определение содержания в пробах макро- и микроэлементов и другие измерения выполнялись следующими методами: атомно-абсорбционным Са, К, Бг, Ы, Бе, Мп, гп, Си, Со, С4 РЬ, Сг, N1, в почве, растениях и водах на спектрофотометре С-115, колориметрическим - V, и Вг, потенциометри-ческим Б, рН, Еп, титриметрическим - С1, гравиметрическим - Б04, БЮ2. Контроль точности измерений проводился с использованием стандартных образцов почв и растений.
Обсуждение результатов
В почвенном покрове полигонов преобладают бурые полупустынные супесчаные почвы, встречаются болотные почвы. Названные почвы имеют физико-химические характеристики, говорящие об их слабой способности противостоять антропогенному воздействию, в том числе химическому загрязнению. Как известно, все процессы в зоне полупус-
тынь проходят в экстремальных условиях (сильные ветры, пыльные бури, подвижные пески, засухи, большие колебания суточных сезонных и годовых температур и др.), поэтому данный биотоп очень чувствителен к антропогенному прессу [5].
Почвы, насыщенные нефтепродуктами, теряют способность впитывать и удерживать влагу, для них характерны более низкие значения гигроскопической влажности, водопроницаемости, влагоемкости по сравнению с фоновыми аналогами [3]. На участках, загрязненных сырой нефтью, уменьшается всасывание и движение влаги по почвенным капиллярам. Гидрофобный подпочвенный слой из смеси сырой нефти и почвы понижает влагоемкость, но увеличивает способность к накоплению влаги в верхних слоях [2].
Среди множества параметров и показателей, характеризующих почву как биокосное тело, только агрегатный состав наиболее полно выделяет ее среди других природных объектов. При внешних воздействиях, как правило, в первую очередь изменения в почве происходят на агрегатном уровне. При загрязнении почвы нефтью наблюдается слипание мелких агрегатов с образованием крупных или насыщение микроагрегатов нефтью, которые становятся водоустойчивыми. При загрязнении почв высокоминерализованными нефтепромысловыми сточными водами происходит диспергация почвенной массы, агрегаты разрушаются, а на поверхности образуется плотная водонепроницаемая корка.
В ходе исследований гранулометрического состава почв буровых площадок установлено, что содержание физической глины составляет в целом 2325 % и суглинки характеризуются как средние и тяжелые. На буровых площадках месторождения Баирская содержание органического углерода (Сорг) варьирует в пределах 1,10-11,03 %. Наибольшая величина Сорг отмечена у устья, факелов и емкостей. На Баирской-2 значение органического углерода превышает показатели других площадок, что свидетельствует о большем загрязнении данной площадки ввиду длительности использования буровой. На фоновых участках практически не наблюдается изменений Сорг.
Вследствие разрушения почвенных структур и диспергирования почвенных частиц снижается водонепроницаемость почв. В загрязненных почвах резко меняется состояние органического вещества почв и распределение в них Сорг. Нефть и нефтепродукты, взаимодействуя с почвенными органическими соединениями и минеральными компонентами, резко меняют качественные и количественные характеристики органических веществ .
При попадании нефти в почву происходят глубокие изменения химических, физических, микробиологических свойств почвы, а также нарушения растительного покрова. Из-за отсутствия установленных предельно допустимых концентраций при загрязнении почв нефтью и нефтепродуктами объективная оценка загрязнения проводится путем сравнения с фоном (естественным состоянием почв).
В нефтезагрязненных почвах наблюдается образование двухвалентного железа, увеличивается со-
держание одно и двухвалентных катионов в почвенный раствор, куда они выделяются из нефтяной эмульсии, возрастает количество органических и минеральных коллоидов, связанных с поступлением загрязняющего вещества в почву.
Это вызывает перестройку почвенно-погло-щающего комплекса (ППК). Наиболее ярким показателем перестройки почвенно-геохимических процессов под влиянием нефти и ее продуктов является ион натрия (№+) в ППК. Содержание обменного натрия может достигнуть 25-35 % суммы поглощенных катионов. При этом резко меняются содержание ионов, определяющих кислотные свойства почв (Н+ и А1+3), происходит их активное вытеснение уже на первых этапах загрязнения. Повышение содержания обменного натрия в загрязненных почвах нефтедобывающих районов служит пусковым механизмом развития химического солонцового процесса. Сумма обменных оснований (СОО) в изучаемых почвах имеет широкий диапазон от 30,32 до 97,76 %. На длительно эксплуатируемых буровых площадках СОО уменьшается в 1,5-2 раза по сравнению с фоновыми. На вновь осваиваемых буровых площадках СОО остается близкой к фоновой или на 5-7 % выше.
Гумусовый горизонт в бурых полупустынных почвах незначителен по мощности и составляет 0,51,5 см, с низкими величинами 1,05-2,68 % органического углерода (Сорг). На территории буровых, загрязненных нефтью и нефтепродуктами, содержание Сорг увеличивается, что представляет собой сумму всего органического вещества: гумуса, парафинов и других углеводородов. Таким образом, Сорг является одним из основных индикаторов загрязнения почв нефтью
Нефть в своем составе содержит ряд микроэлементов - тяжелых металлов (ТМ), которые, накапливаясь в местах добычи нефти, в токсичных концентрациях включаются в циклы миграции элементов, оседающие в почве и накапливающиеся в растительном материале. Малая подвижность в ландшафте при их постоянном поступлении вместе с обычными загрязнителями приводит к накоплению концентраций высокотоксичных веществ в верхних горизонтах почвы, в растительном материале и в конечном счете косвенно в организме животных и человека. Например, по реакции растительности не всегда удается обнаружить загрязнение на ранних стадиях, поэтому прямое геохимическое обследование является наиболее чувствительным методом.
Валовое содержание макро- и микроэлементов в минерализованных почвах изученной территории зависит в основном от гранулометрического состава пород. В почвах, сформированных на среднесугли-нистых породах, соединений В, Т1, 8г, гп, Со, РЬ, V существенно больше, чем на песчаных. В целом содержание микроэлементов в минерализованных почвах Состинского полигона сопоставимо со средним уровнем их концентрации в почвах и породах других территорий Черных Земель, но они несколько беднее указанных выше пород, но богаче бором. Относительно малое валовое содержание и низкая подвижность в почвах и породах биологически важ-
ных микроэлементов (Мп, 2п, Си, Со) обусловливают их низкую концентрацию в природных водах и растениях.
Разрушение почвенного покрова приводит к развитию эрозионных процессов. Подверженные дефляции почвы служат источником поступления микроэлементов на поверхность почв и водоемов, поверхностного загрязнения растений. Вследствие загрязнения атмосферы почвенными частицами повышается зольность растений и верхних горизонтов болотных почв, увеличивается в них содержание соединений кремния (БЮ2) и некоторых микроэлементов. Поэтому верхние горизонты болотных почв по сравнению с нижележащими горизонтами имеют более высокую зольность и концентрацию химических элементов. Изучение аккумуляции макро- и микроэлементов в почвах полигона позволило установить, что Р, Бе, Мп, 2п, Си, Мо, Со накапливаются биогенно, БЮ2, 14, 2г, V, Ва, Сг поступают с части-
цами пыли и пород, а РЬ, Cd попадают в почву при техногенном загрязнении атмосферы в районе полигона.
Бедность атмосферных осадков, вод и почв минеральными веществами определяет низкий природный уровень соединений макро- и микроэлементов в почве полигона (табл. 2). По сравнению с аналогичными почвами из других районов республики район Черных Земель беднее Р, Са, Mg, К, 2п. Наиболее же близки по химическому составу почвы из ненарушенных ландшафтов в районе пос. Комсомольский из профиля пос. Нарын-Худук - пос. Комсомольский - пос. Ики-Бурул, что объясняется схожими природными и ландшафтно-геохимическими условиями этих территорий. На фоновых территориях в пределах нормы содержание ТМ по Сг, Со, N1, Си, 2п, Cd, в большинстве случаев для РЬ есть превышение вблизи АЗС.
Таблица 2
Характеристика незагрязненных природных вод на фоновых территориях Черных Земель (х - среднее значение, мг/л, т - мгэкв/л, су - коэффициент вариации, %)
Источник вод Параметры рН С НСО3 CI SO4 Ca Mg Na+K Сумма без НС03
Атмосферные осад- х 5,64 0 1,29 1,08 2,32 0,50 0,40 0,53 4,83
ки m 0,02 0,03 0,04 0,025 0,03 0,02
Состинские озера х 7,30 0,2 6,99 4650,0 1595,6 18,34 755,6 5478,6 12505,13
m 0,11 74,37 25,52 0,29 12,08 87,63
Река Хар-Зуха х 7,25 3,73 283,0 261,0 500,0 90,18 182,40 252,00 1285,6
m 4,63 7,35 10,42 4,51 15,20 10,96
Черноземельская х 8,30 10,21 269,00 355,00 126,00 162,00 73,00 389,00 1105,0
оросительная сис- m 4,43 10,00 2,63 8,10 6,08 16,90
тема cv 41,2 59,9 50,7 49,2 41,8 89,9
Артезианские сква- х 8,28 11,05 732,00 487,00 142,00 8,10 25,53 801,40 1264,0
жины m 12,00 13,72 2,96 0,41 2,13 26,15
cv 37,20 25,00 58,00 63,00 63,00 80,10
Рапа соленых озер Х 7, 60 1,39 1149 1592 8638 738 1851 1360 6344,8
m 18,84 44,85 18,00 36,90 154,25 71,74
Лиманы х 8,50 35,73 386,00 1441,0 1195,0 101,00 228,00 1138,0 4103,0
m 6,32 40,61 24,89 5,05 19,00 49,50
Для всех проб выше фонового содержатся такие ТМ, как Сг, Cd - у факела, устья, рабочих емкостей, Со - у устья; N1, РЬ - содержание увеличивается от периферии к центру, Си - для всей территории скважины 4 и устья скважины 1.
На полигоне Баирского месторождения содержание подвижных форм цинка, молибдена, кадмия, кобальта не превышает ПДК, но концентрации этих элементов превышают средние значения по Черно-земельскому району: цинка на 4,8-60 %, молибдена на 20-47 %, кобальта на 110-140 %. На территории за полигоном превышение среднего значения по району отмечается для кобальта - в 11 раз, молибдена - в 2 раза.
Превышение ПДК отмечено для меди и свинца. Содержание меди колеблется в широких пределах от 1,13 мг/кг до 6,40 мг/кг. Превышение ПДК отмечено на всех буровых: на площадке Баирская-1 у факела - в 1,78 раза, на Баирской-2 у устья - в 2,13
раза, на Баирской-3 у устья - в 1,17 раза, на Баир-ской-4 у устья - в 2,5 раза. На фоновых участках превышение ПДК меди не отмечалось, но по сравнению со средними по району содержание меди возрастает на 2,78-38,9 %.
Свинец в ряду тяжелых металлов занимает одно из первых мест по токсичности. Согласно ГОСТу, РЬ относится к загрязнителям первого класса опасности. ПДК РЬ - 30 мг/кг, и на всех буровых площадках отмечается его превышение на 1-11 мг. Максимумы значений приурочены к устьям, факелам, рабочим емкостям. Содержание свинца на фоновых территориях для Баирской-1 - в 1,85, для Ба-ирской-2 - в 2,6, для Баирской-3 и 4 - в 2,5 раза меньше, чем у устьев, но не превышает ПДК.
На полигоне Состинского месторождения содержание ТМ сопоставимо со средним уровнем их концентрации в почвах и породах других территорий Черных Земель, но несколько беднее по калию,
магнию, фосфору, натрию, цинку, кальцию, кобальту и меди, богаче - по бору.
Находясь преимущественно в рассеянном состоянии, ТМ способны образовывать локальные аккумуляции, где их концентрация превышает клар-ковые уровни. Способность почв сорбировать ТМ из окружающей среды в районе буровых площадок проявилась в том, что на первом этапе (строительства буровых) загрязнение было незначительным, на втором этапе (буровые активно эксплуатировались) загрязнение затрагивает все трофические звенья.
Результаты анализов содержания валовых форм ТМ приведены в табл.3. За период активной эксплуатации буровых в почве прилегающей к ним
территорий произошло возрастание концентрации всех исследуемых ТМ. Особенно энергично накапливаются кадмий (Сф и цинк (гп). Содержание гп увеличилось в 2,5 раза (скорость накопления составляет 0,8 мг/кг в год). Содержание Cd возросло в 4 раза (скорость накопления 0,007 мг/кг почвы в год). В почве буровых на глубине 0-5 см увеличивается содержание Си в 2,19 раза, со скоростью 0,54 мг/кг почвы в год. Свинца стало больше в горизонте А - в 1,48 раза. Ориентировочная скорость его накопления - 0,27 мг/кг почвы в год. В горизонте В содержание РЬ за период 2000 - 2003 гг. практически не изменилось.
Таблица 3
Валовое содержание тяжелых металлов в почвах буровых площадок, мг/кг
№ Место взятия Глуби- Cr Mn Co Ni Cu Zn Cd Pb
пробы на, см
Б-4 Рабочая емкость 0-10 18,2 140,0 4,3 9,4 8,5 25,0 0,20 7,5
Хранилище 0-10 22,4 156,0 6,0 10,0 12,7 38,0 0,32 31,5
Факел 0-10 20,2 140,0 5,5 10,4 17,2 59,0 0,31 99,0
Устье 0-10 26,4 140,0 6,0 12,6 10,1 25,0 0,41 10,0
Б-3 Устье 0-10 18,2 160,0 3,8 7,8 12,3 26,0 0,20 5,8
Устье 10-30 18,2 148,0 4,3 7,8 10,0 37,8 0,24 6,6
Б-1 Факел 0-10 10,0 58,0 2,5 4,4 4,2 37,8 0,10 4,5
факел 0-30 20,2 144,0 5,0 10,6 8,0 37,8 0,20 8,5
разлив нефти 0-10 20,2 138,0 4,5 8,3 7,3 19,0 0,18 5,8
устье 22,4 170,0 5,5 10,0 10,9 62,0 0,28 12,5
Б-2 устье 0-5 18,2 82,0 3,5 6,0 6,9 19,0 0,20 14,6
Фоновая 0-10 14,0 142,0 4,3 6,4 6,2 21,0 0,20 5,4
Фоновая 10-30 18,2 132,0 5,3 8,3 9,3 26,0 0,23 7,0
Допуст. уровень 100,01 50,01- 50,0 100,0 300,0 5,0 100,0
Нормал. уровень 0-50,0 10,0 10-50,0 5-20,0 10-50,0 0,1-1,0 0,1-20,0
Разделение ТМ по классам опасности, согласно Важениной, показало, что на территории буровых площадок ТМ I класса опасности не превышают допустимых норм, кроме цинка и свинца. Выше ОДК содержание гп у устья, РЬ - у факела и вблизи разлива солярки. Для ТМ II класса опасности нет превышения допустимых норм кроме хрома (выше ОДК содержание Сг у устья).
Как уже отмечалось, при антропогенном нарушении природной среды содержание макро- и мик-
роэлементов в верхнем горизонте почв заметно меняется. На полигонах фиксируется усиление запыленности атмосферными литогенными и техногенными веществами, поступающими от дорог и буровых (табл.4). Слабое загрязнение местных ландшафтов, внешне почти незаметное, хорошо диагностируется по увеличению зольности почв, по содержанию в них 8Ю2, Т1, гг, V, Ва, Сг, РЬ. Последнее объясняется тем, что элементы поступают в малоподвижной форме.
Таблица 4
Содержание валовых форм тяжелых металлов в почвах Черноземельского района, мг/кг
Место взятия пробы, глубина, см Cr Mn Co Ni Cu Zn Cd Pb
Оз. Меклета 0-5 см 30,4 118,0 6,9 11,0 8,1 15,0 0,50 8,5
Оз. Меклета 20-30 см 24,4 110,0 6,3 12,8 9,7 21,0 0,38 6,6
Оз. Щучье, ил 40,6 76,0 12,8 19,0 20,1 43,0 1,32 17,0
Оз. Хохлоши, ил 24,4 44,0 5,7 8,6 4,7 10,0 0,43 8,0
Оз.Хохлоши, берег 42,2 110,0 12,2 16,2 24,4 37,8 1,22 13,8
Св. Ерик, пастбище 0-10 см 14,4 90,0 4,0 7,6 7,1 14,0 0,18 5,0
Св. Ерик, фоновая 0-10 см 18,2 110,0 5,3 9,2 6,9 21,0 0,23 6,6
Св. Ерик, нефтезагрязненная 0-10 см 16,0 92,0 4,5 7,6 5,6 16,0 0,24 5,4
Кумской коллектор, фоновая 0-10 см 20,2 110,0 6,0 9,0 6,1 16,0 0,34 7,0
Иначе дело обстоит на участках со средним и произошедшим преимущественно за счет поступле-сильным техногенным загрязнением ландшафтов, ния водорастворимой формы элементов. Ведущими
загрязнителями являются натрий и стронций, концентрация которых в почве возрастает более чем в 100 раз. В десятки раз увеличивается зольность почв, преимущественно за счет кремнезема и содержания в нем Р, Т1, Бе, 2г, V, Мо. В меньшей степени (от 2 до 10 раз) возросла концентрация других элементов. Высокое содержание в верхнем горизонте почв Т1, 2г, V, Ва, Сг, РЬ, Бе, Мп в основном обусловлено поступлением их с песком, глинистыми частицами и илом.
В результате исследования водной вытяжки тех-ногенно - загрязненных почв буровых площадок
Тип и степень засоления (
установлено (табл.5), что почвы на территории буровых по степени засоленности - сильнозасоленные, по типу засоления в основном хлоридно-сульфатно-натриевые, в то время как фоновые почвы слабоза-соленные и по типу засоления - сульфатно-хлоридно-натриевые. Сильное засоление почв буровых площадок связано с разливами высокоминерализованных сточных вод, буровых растворов и пластовых вод.
Таблица 5
полупустынных почв
Место отбора проб рН В числителе - мг-кв/100 г, в знаменателе - % Сухой остаток, %
HCO3 Cl- SO42- Ca Mg2- Na-
Пос. Комсомольский, АЗС 7,84 1,40 0,085 5,00 1,775 0,05 0,003 1,00 0,020 0,80 0,009 4,66 1,072 2,95
Пос. Комсомольский, фоновая 7,74 1,40 0,085 4,00 0,355 2,00 0,096 2,30 0,046 0,70 0,008 4,40 1,012 1,60
Кумской коллектор, 10 км от пос. Рыбачий 7,80 0,30 0,018 7,00 2,485 0,19 0,009 6,00 0,120 0,70 0,008 0,79 0,181 2,82
Кумской коллектор, р-он Бэровских бугров 7,84 1,20 0,073 5,00 1,775 0,03 0,002 2,60 0,052 0,40 0,005 3,23 0,740 2,65
Светлый Ерик, пастбище 8,02 1,20 0,073 4,00 0,355 1,56 0,075 2,00 0,040 0,20 0,002 4,56 1,050 1,59
Светлый Ерик фоновая 7,80 1,40 0,085 5,00 1,775 1,90 0,091 2,00 0,040 1,00 0,012 5,30 1,218 3,22
Светлый Ерик, буровая 7,54 5,00 0,305 40,00 14,20 0,09 0,005 5,50 0,110 1,65 0,020 37,94 8,730 23,37
Озеро Щучье, берег 7,78 1,40 0,085 6,00 2,130 0,43 0,029 2,00 0,040 1,70 0,020 4,14 0,950 3,25
Озеро Хохлоши, ил 7,92 0,30 0,018 5,00 1,775 0,19 0,009 1,90 0,038 0,60 0,072 2,99 0,687 2,60
Озеро Хохлоши, берег 8,14 0,02 0,012 4,00 0,355 1,44 0,069 2,40 0,048 0,80 0,009 2,44 0,560 1,05
Из катионов экологически значимым фактором является содержание натрия, вследствие высокой токсичности для растений и хлоридов. Наибольшее значение натрия отмечается у устья. На площадках Баирская-2 и 4 высокое содержание натрия отмечается также у рабочих емкостей (до 12,03 мг-экв/100 г). Существует тенденция к уменьшению содержания натрия от центра загрязнения к фоновым участкам. На фоновых участках содержание натрия в среднем в 2-5 раз меньше, чем в центре. Содержание хлоридов колеблется в широком интервале от 1,0 до
23,0 мг-экв/100 г. Максимальное значение для площадок Баирская-1 и 2. Содержание хлоридов имеет ту же динамику, что и содержание натрия, т. е. равномерно снижается от устьев к фоновым участкам, перепад в 2,5-3,0 раза.
Все природные воды на фоновой территории имеют очень высокую минерализацию и относятся к категории соленых и солоноватых вод, встречается рапа, общая концентрация солей в большинстве из них колеблется в пределах 5-20 г/л (табл. 5). В водно-солевом балансе крупных озер помимо атмо-
сферных осадков и дренажного стока большую роль играют подземные воды. Они являются основным источником поступления солей в природные воды. Химический состав последних в районе исследований мало отличается от состава вод в северозападной части Прикаспийской низменности. В составе анионов здесь также преобладают Б042-, а из катионов Са+2 и № . Случаи более высокой концентрации обусловлены условиями формирования природных вод и связаны преимущественно с наличием гидрокарбонатов (НСО3).
На химический состав вод влияют атмосферные осадки за счет концентрирования при испарении и биохимические процессы. Первые приводят к увеличению концентрации гидрокарбонатов и Сорг, поэтому в них концентрация гидрокарбонатов Са и Mg выше, чем в мелких озерах. Воды оросительных каналов по всем параметрам близки к водам крупных озер. Их воды имеют слабощелочную реакцию, повышенное содержание катионов Са2, Mg+2, небольшую концентрацию Сорг, что говорит о большой роли в их питании подземных вод.
Грунтовые воды почв на песчаных почвообра-зующих и подстилающих породах мало отличаются по микрокомпонентному составу от атмосферных осадков. В водах почв полигона, сформировавшихся на суглинистых и глинистых отложениях, концентрация макро- и микроэлементов высокая и близка к средним значениям, приводимым для озер северозападной части Прикаспийской низменности. Уровень концентрации микроэлементов в водах соответствует их содержанию в атмосферных осадках пустынных ландшафтов: Мп-12, РЬ-4,4, Си-4,0, №3,0 мкг/л. Это дает основание считать, что параметры концентрации в водах Черных Земель можно использовать в качестве фоновых для российской территории Прикаспийской низменности.
Поскольку фоновая концентрация макро- и микроэлементов в водах полигона высокая, то даже слабое антропогенное воздействие на природную среду региона способно ее изменить. Это отмечено на Со-стинских озерах и в районе Кумского коллектора (табл. 1). В наибольшей степени в водах увеличивается содержание И, I, Бг, Ы, Cd, РЬ.
Техногенное загрязнение приводит к резкому увеличению минерализации природных вод и концентрации в них большинства элементов. Это вызывает эвтрофикацию и даже гибель водоемов и прилегающих к ним ландшафтов. В районе полигона буровой Состинская отмечается среднее загрязнение поверхностных вод нефтью и буровыми растворами. Вода здесь обогащена И, Б, I, Бг, Ы, Мп, Си, Со, РЬ, а минерализация их в 4 раза выше фоновой. Перечисленные элементы - типичные загрязнители природной среды при нефтедобыче. Высокая минерализация вод обусловлена преимущественно солями №0, а также БгСЬ, Са02. Концентрация N1, РЬ, Мп, Са, I, Ы, К, Cd, Со, Сг, Б возросла в 10 раз, а местами - в 160 раз, для Бе, Mg, Си, гп - в 2-8 раз. Аналогичные ситуации отмечались и в других районах нефтедобычи.
Судя по химическому составу вод, загрязнение территорий произошло из-за разлива смеси буровых растворов и вытекания засоленных подземных вод. Высокий уровень залегания грунтовых вод привел к полной гибели растительности в центре загрязненных участков и к сильному ее угнетению по периферии очага загрязнения. По нашему мнению, восстановление растительности начнется при снижении концентрации солей в водах и почвах до уровня, близкого к фоновому, т. е. при уменьшении почти в 100 раз. Однако и после рассоления вод почвы, по-видимому, будут иметь повышенное содержание I, Б г, Мп, Со, Сd, РЬ, Сг, N1, поскольку эти элементы могут закрепляться в верхнем горизонте почв.
Крайняя олиготрофность местообитаний приводит к тому, что даже незначительное загрязнение поверхностных вод растворимыми минеральными веществами и нефтью отражается на состоянии ландшафтов. Но изменения видового состава отличаются от таковых, происходящих в более северных районах республики.
Взаимодействие нефти и нефтепродуктов с гумусовыми кислотами приводит к значительному расширению отношений углерода к азоту, что
ухудшает азотный режим почв и нарушает корневое питание растений. При слабых загрязнениях рост продуктивности растительных сообществ и интенсивности гумусообразования сопровождается изменением видового состава сообщества. На почвах происходит снижение роли травостоя, возрастает роль осоковых, из которых на минерализованных субстратах преобладает ЕпорИогиш БсИеис^еги. Отмечаются внедрения аллювиальных видов (ивы, вейника, хвоща, ситника) и сорных заносных видов, среди которых самыми заметными постепенно становятся виды рогоза. В лесных сообществах, где загрязнители могут быть вымыты осадками, антропогенное воздействие менее заметно. Однако в местах, где из-за высокого стояния грунтовых вод и слабой водопроницаемости суглинистых грунтов загрязнители не могут быть удалены из ландшафтов, видовой состав заметно беднеет, засыхает подрост древесных пород, почти полностью исчезают кустарнички, появляется вейник.
Такие изменения в целом ведут к возрастанию роли видов, присущих ранним стадиям сукцессий, и к снижению роли видов, маркирующих поздние стадии, в соответствии с чем их изменения следует называть регрессивными. В тех случаях, когда регресс сопровождается упрощением структуры сообществ, следует говорить об их деградации. Таким образом, восстановление нарушенных экосистем возможно, но продолжительность его будет зависеть от степени «регресса» и скорости самоочищения.
На сильно загрязненных участках, возникающих в результате аварийных разливов технологических жидкостей с высокой концентрацией минеральных солей, растительный покров погибает полностью, а в почвах происходят более серьезные изменения химического состава и свойств, в том числе физических. Самовосстановление экосистем на таких участках наиболее длительно. Несмотря на то, что последствия разливов нефти и солевых растворов столь впечатляют, наибольший эффект воздействия при этом дают относительно малотоксичные, но находящиеся в больших концентрациях вещества. В солевых растворах это ионы хлора и натрия, при нефтяных разливах - углеводороды. Однако первые отличаются высокой подвижностью и относительно легко мигрируют в грунтовые воды. Углеводороды рано или поздно подвергаются биологическому разложению.
Выводы
Комплексное почвенно-геохимическое и геоботаническое изучение состояния природной среды в районах нефте- и газодобычи позволило определить фоновое содержание макро- и микроэлементов в основных компонентах ненарушенных ландшафтов Черных Земель, их изменение при техногенном загрязнении, а также реакцию на него биогеоценозов. Установлено, что в окружающую среду здесь в основном поступают элементы, относящиеся к мало-(Б1, гг) и техногенно-опасным (№, И, Бг, I, Вг). Умеренное загрязнение ландшафтов частицами почв и пород оказывает слабое воздействие на раститель-
ный покров и химический состав природных вод. Аварийное загрязнение нефтью, буровыми растворами и засоленными подземными водами представляет угрозу для ландшафтов, поскольку содержащиеся в них И, Бг, I, Вг находятся в высоких концентрациях и в подвижных формах. Растительное сообщество реагирует даже на незначительное их поступление в окружающую среду. Полученные данные и предварительный подсчет поступления антропогенных загрязнителей показал значительность вклада водных поступлений в техногенном загрязнении территории района.
Калмыцкий государственный университет_
Литература
1. Глазовская М.А. // Биогеохимические циклы в биосфере. М., 1976. С.12-23
2. Солнцева Н.П. // Вестн. МГУ. Сер. 5. География. 1981. № 3. С.6-11.
3. Мукатанов А.Х., Ривкин П.Р. // Нефтяное хозяйство. 1980. № 4. С.45-51.
4. Ринькис Г.Я._Методы анализа почв и растений. Рига, 1987.
5. Боровский В.М. Геохимия засоленных почв Казахстана. М., 1978.
_30 декабря 2004 г.
