Влияние минерализованных пластовых вод на загрязнение почвенного покрова Текст научной статьи по специальности «Науки о Земле и смежные экологические науки»

УДК 556.55+627.81

ВЛИЯНИЕ МИНЕРАЛИЗОВАННЫХ ПЛАСТОВЫХ ВОД НА ЗАГРЯЗНЕНИЕ ПОЧВЕННОГО ПОКРОВА

Д. Э. Самтанова, Л. X. Сангаджиева

Калмыцкий государственный университет, Элиста E-mail: [email protected]

Представлены результаты физико-химических свойств, анализа гидрохимического состава, анализа на содержание тяжелых металлов, гидрогеохимических показателей минерализованных пластовых вод, расположенных на территории юго-восточной части Республики Калмыкии (РК). Отмечено, что химический состав минерализованных пластовых вод резко изменяет состояние экосистем, приводит к деградации биоценозов и почвенного покрова.

Ключевые слова: минерализованные пластовые воды, засоление почв, техногенез, микроэлементный состав, тяжелые металлы.

Influence of the Mineralized Stratal Waters on Contamination of Soil Cover

D. E. Samtanova, L. H. Sangadzhieva

The results of physical and chemical properties, analysis of hydro-chemical composition, analysis on maintenance of heavy metals, hydro-geochemical indicators of the mineralized stratal waters located on territory of south-east part of Republic of Kalmykia are presented. It is marked that chemical composition of the mineralized stratal waters changes the state of ecosystems sharply, results in degradation of biocenosis and soil cover.

Key words: mineralized stratal waters, soil salinization, technogenesis, microelement composition, heavy metals.

На сегодня нет необходимости убеждать кого-либо в том, какое огромное значение для всего человечества играют вопросы, связанные с проблемой охраны окружающей среды. Эта проблема сложна и многопланова. Она включает не только чисто научные аспекты, но и экономические, социальные, политические, правовые, эстетические [1].

При современных способах разработки нефтяных месторождений в процессе добычи, подготовки, транспортировки и использования теряется около 1-16% нефти [2]. Территории нефтеразработок составляют сотни квадратных километров, причем значительная часть их еще не изъята из сельскохозяйственного пользования. Загрязнение природной среды при нефтедобыче и транспортировке нефтепродуктов наносит огромный вред природе и экономике: деградируют сельскохозяйственные угодья, падает урожай-

ность сельскохозяйственных культур, уменьшается продуктивность лесов и лугов, изымаются из хозяйственного оборота значительные площади плодородных земель, загрязняются грунтовые и подземные воды. В то же время для естественного восстановления загрязненных земель требуются сотни, а порой и тысячи лет [3, 4].

Острота проблемы защиты почв и растений от вредного воздействия нефтедобычи и нефтеперерабатывающего производства состоит и в том, что нефтедобычей заняты большие территории: нефтегазоносные и перспективные бассейны, по данным Т. И. Артемьевой, занимают более трети суши земного шара [5].

Пластовые воды, добываемые с нефтью и образующие с ней дисперсную систему, содержат, как правило, значительное количество растворимых минеральных солей. Своеобразный солевой и микроэлементный состав пластовых минерализованных вод резко изменяет состояние экосистем, приводит к деградации биоценозов, причем скорость трансформации почвенного комплекса много выше, чем при разливах нефти, а самоочищение идет медленнее [6].

Заметная потеря продуктивности загрязненных земель и быстрая деградация ландшафта определяют необходимость изучения процессов, которые обусловливают их трансформацию.

Целью исследования являлось изучение химического состава и наличия тяжелых металлов в исследуемых пробах пластовых вод и их влияние на почвенный покров.

Объектами исследования являлись пробы вод различных месторождений (Восточно-Камышан-ское, Комсомольское, Курганное, Калининское и Екатерининское), расположенных на юго-востоке Республики Калмыкия.

Восточно-Камышанское месторождение приурочено к Каспийско-Камышанской структурной ступени, которая осложняет южный склон вала Карпинского. Месторождение разрабатывается с 1972 г. и представляет собой антиклиналь, вытянутую в юго-восточном направлении.

© Самтанова Д. Э., Сангаджиева Л. Х., 2013

Курганное месторождение приурочено к брахиантиклинали субширотного простирания, осложненной с юга и востока сбросами. Месторождение эксплуатируется с 1972 г.

Калининское месторождение в тектоническом отношении приурочено к одноименному поднятию. Разрабатывается месторождение с 1989 г.

Екатерининское и Комсомольское месторождения в тектоническом отношении входят состав антиклинальной зоны, осложняющей склон вала Карпинского. Эксплуатируются месторождения с 1976 г.

На территории всех нефтяных месторождений юго-востока Республики Калмыкия имеются значительные по площади участки земель, нарушенные при разливе высокоминерализованных вод. Чаще всего загрязнение почвенно-расти-тельного покрова высокоминерализованными водами происходит в результате разлива подтоварной воды, а также воды, используемой в системе подержания пластового давления. Большинство аварий происходит из-за коррозии на нефтепроводах, пластовая вода обладает агрессивными химическими свойствами, суще-

Гидрохимический сост

ственно увеличивающими коррозионный износ.

Засоление почв - процесс накопления в почвах солей (чаще хлоридов и сульфатов натрия, калия и магния, карбонатов), приводящий к образованию солонцеватых и солончаковых почв. Засоление обусловливает резкое изменение свойств почв и вызывает обеднение или перерождение растительного покрова. Повышение концентрации солей в почве в конечном итоге делает невозможным рост растений. Почвенные коллоиды, насыщенные натрием, подвергаются пептизации, почвенные агрегаты распадаются, и физические свойства почвы меняются. Наиболее очевидны изменения плотности, агрегатного и механического состава почв.

На всех этапах необходимо проводить контроль состава среды с помощью лабораторных анализов с установлением точных концентраций основных компонентов. В настоящее время стандартным является шестикомпонентный анализ, который представлен в табл. 1. Карбонат-ион (СО32-) во всех пробах воды отсутствует. Также были определены физические свойства и гидрогеохимические показатели исследуемых проб пластовой воды (табл. 2).

Таблица 1

проб вод месторождений

Месторождение Плотность, г/см3 Ион

С1- НСО3- 3О42- Са2+ Mg2+ Ыа++К+

Комсомольское 1,072 59556 1680 317,29 5,2 9,48 0,2 8200 410 2340 195 25926,6 1080,4

Курганное 1,0773 117150 3300 488,14 8 36,12 0,75 11000 550 2280 190 61650 2568,8

Калининское 1,0904 74445 2100 378,31 6,2 90,64 1,89 12400 620 6960 580 21794,16 908,09

Восточно-Камышанское 1,0788 63190 1780 256,28 4,2 59,05 1,23 7400 370 1680 140 30610,32 1275,43

Екатерининское 1,0701 51475 1450 610,18 10 96 0,2 7500 37,5 1200 100 23664,8 985,2

Таблица 2

Физические и гидрохимические показатели исследуемых проб вод месторождений

Месторождение рн Минерализация, мг/л С1 3О4 Ыа С1 Ыа Са С1-Ыа Mg

Комсомольское 5 3370,8 0,0001 0,64 1,32 3,07

Курганное 5 6617,5 0,0003 0,78 2,34 3,85

Калининское 5 4216,18 0,001 0,43 0,07 2,06

Восточно-Камышанское 5 3570,8 0,0009 0,72 1,72 3,6

Екатерининское 5 2920,4 0,0002 0,68 3,16 4,65

Пластовые воды исследуемых месторождений юго-восточной части РК относятся к хлоридно-натриевому типу (с минерализацией 3,3-6,7 г/л). В катионном составе этих вод доминирующее положение занимает Ка+, составляя

до 30,8 г/л в пробе воды Курганного месторождения (см. табл. 1). Среди анионов преобладает С1-, концентрации которого достигают 117 г/л также в пробе воды Курганного месторождения (рис. 1).

3000

2500

2000

т

О 1500

1-

2

1000

500

0

□ Са2+ .5 т

■ Мд2+ о ■ Ч

□ Ма+К 2

12 10 8 6 4 2 0

3500 4- 3000 2500 2000 -- 1500 1000 500

□ НС03-

□ Б042 ■ С1-

Анионы

1

Катионы

1

5

Рис.1. Распределение катионов и анионов (мг-экв/л) в исследуемых пробах воды (1 -Комсомольское, 2 - Курганное, 3 - Калининское, 4 - Восточно-Камышанское, 5 - Екатерининское месторождения)

Доминирование в химическом составе пластовых вод ионов С1- и Ка+ делает эти химические элементы важными индикаторами техногенной нагрузки на экосистемы [6]. В процессе добычи нефти в среду с пластовыми и промывными водами попадают соли натрия (особенно КаС1). Содержание ионов натрия достигает 25-35% от суммы поглощенных катионов, в результате чего возникает техногенное солонцевание почв [7].

По результатам исследований мы видим, что превышение таких коэффициентов, как Ша/Са, гС1-№/М§ наблюдается в пробе воды Екатерининского месторождения (рис. 2). Превышение такого гидрогеохимического коэффициента, как г№/С1 наблюдается в пробе воды Калининского месторождения (рис. 3). А превышение коэффициента гБ04/С1 - в пробе воды Курганного месторождения (рис. 4).

5 -Л 4 3 2 1 0 -I

Пробы вод

Иг Ма/Са Вг С!-Ма/Мд

Рис. 2. Распределение гидрогеохимических коэффициентов- гЫа/Са, гС1-ЫаЛМ^ в исследуемых пробах воды (1 - Комсомольское, 2 - Курганное, 3 - Калининское, 4 -Восточно-Камышанское, 5 - Екатерининское месторождения)

0,80,70,6-

О 0'5" 15 0,4? 0,30,20,10

Рис. 3. Распределение гидрогеохимического коэффициента - гЫа/С1 в исследуемых пробах воды (1 - Комсомольское, 2 - Курганное, 3 - Калининское, 4 - Восточно-Камышанское, 5 - Екатерининское месторождения)

---------

1 2 3 4 5

Пробы вод

0,001 0,00080,0006 о 0,00040,0002 0

4

О V)

1

1 2 3 4 5

Пробы вод

Рис. 4. Распределение гидрогеохимического коэффициента - гёО4/С1 в исследуемых пробах воды (1 - Комсомольское, 2 - Курганное, 3 - Калининское, 4 - Восточно-Камышанское, 5 - Екатерининское месторождения)

В почву вместе с нефтью и пластовыми водами попадают содержащиеся в них тяжелые металлы.

В последнее время в связи с проблемой загрязнения окружающей природной среды продуктами техногенеза объектом пристального внимания экологического мониторинга стали тяжелые металлы [8].

Тяжелые металлы (ТМ) относятся к числу приоритетных загрязняющих веществ. Специфическая способность почвы поглощать поступившие из антропогенных источников металлы

Содержание тяжелых метал

и распределять их между свойственными почвам компонентами имеет решающее значение в формировании экологической обстановки на планете [9].

По результатам анализа мы видим, что наибольшее содержание Сё содержится в пробе воды Екатерининского месторождения (табл. 3). Такие ионы, как РЬ2+, Zn2+, Мп2+, Сг3+ преобладают в пробе воды Комсомольского месторождения. А в пробе воды Восточно-Камышанского месторождения наблюдается наибольшее содержание иона Си2+ (рис. 5).

Таблица 3

I в исследуемых пробах воды

Месторождение Содержание тяжелых металлов, мг/л

Сё РЬ2+ Си2+ Zn2+ Мп2+ Сг3+

Комсомольское 0,094 0,480 0,204 0,492 0,996 1,080

Екатерининское 0,123 0,414 0,168 0,198 0,522 0,984

Курганное 0,042 0,276 0,128 0,060 0,244 0,800

Калининское 0,048 0,240 0,120 0,120 0,220 0,608

Восточно-Камышанское 0,050 0,275 0,385 0,395 0,255 1,000

Среднее значение 0,071 0,337 0,201 0,253 0,447 0,894

.С 5

1,2 1

0,8 0,6 0,4 0,2 0

Пробы вод

Рис. 5. Содержание тяжелых металлов в исследуемых пробах воды (1 -Комсомольское, 2 - Курганное, 3 - Калининское, 4 - Восточно-Камышанское, 5 - Екатерининское месторождения)

□ Cd

BPb

□ Cu

HZn

н Mn

■ Cr

Наибольшее содержание таких показателей, как Pb/Ca, Zn/Ca, Mn/Ca наблюдается в пробе воды Комсомольского месторождения. В пробе воды Восточно-Камышанского месторождения превышен показатель Cr/Ca, а в пробе воды Екатерининского месторождения превышено отношение Cd/Ca (табл. 4).

Трансформация соединений тяжелых металлов, поступающих в почву, включает в себя следующие процессы: растворение, адсорбция катионов тяжелых металлов твердой фазой почв,

Относительное распределение

образование новой твердой фазы. Основным процессом, контролирующим содержание водорастворимых форм тяжелых металлов в почвах, подверженных техногенному загрязнению, является адсорбционно-десорбционное равновесие.

Концентрация тяжелых металлов в почвенном растворе - наиболее важная экологическая характеристика почвы, поскольку определяет миграцию тяжелых металлов по профилю и поглощение их растениями.

Таблица 4

елых металлов к иону кальция

Месторождение Cd/Ca Pb/Ca Cu/Ca Zn/Ca Mn/Ca Cr/Ca

Комсомольское 0,011 0,059 0,025 0,06 0,12 0,13

Екатерининское 0,016 0,055 0,022 0,03 0,07 0,13

Курганное 0,004 0,025 0,012 0,005 0,022 0,073

Калининское 0,004 0,019 0,01 0,01 0,018 0,05

Восточно-Камышанское 0,007 0,037 0,052 0,053 0,034 0,14

Особенности состава пластовых вод позволяют характеризовать их как непосредственные загрязнители. Отмеченные высокие концентрации некоторых ионов, высокие значения минерализации определяют солевое загрязнение в ходе разлива этих пластовых вод. В условиях природно-климатических изменений Прикаспия, связанных с повышением температуры воздуха, общего количества осадков, развитие процесса засоления неизбежно. Поэтому на данный момент необходимо проводить постоянный экологический мониторинг и разработать подход для решения проблемы засоления почв, происходящего за счет разлива пластовых вод.

Таким образом, по результатам гидрохимического состава во всех исследуемых пробах пластовых вод с юго-восточной части Прикаспия отмечаем преобладание таких ионов, как ионы хлора, кальция, натрия и калия. Наибольшее содержание этих ионов отмечается в пробе пластовой воды Курганного месторождения. Все исследуемые пробы воды были отнесены к типу хлоридно-кальциево-натриевых.

По определению содержания тяжелых металлов в исследуемых пробах воды мы видим, что содержание ионов Сё колеблется в пределах 0,042-0,123 мг/л, среднее значение -0,071 мг/л. Наибольшее содержание ионов Сё в

В. В. Олискевич и др. Оптимизация технологии биоремедиации сельскохозяйственных земель

пробе воды Екатерининского месторождения. Содержание ионов РЪ2+ колеблется в пределах 0,2400,480 мг/л, среднее значение - 0,337 мг/л. Содержание ионов Zn2+ колеблется в пределах 0,06-0,492 мг/л, среднее значение - 0,253 мг/л. Содержание ионов Мп2+ колеблется в пределах 0,220-0,996 мг/л, среднее значение - 0,447 мг/л. Содержание ионов Сг3+ колеблется в пределах 0,608-1,080 мг/л, среднее значение - 0,894 мг/л. Ионы РЬ2+, Zn2+, Мп2+, Сг3+ преобладают в пробе воды Комсомольского месторождения. А содержание ионов Си2+ колеблется в пределах от 0,120 до 0,385 мг/л, среднее значение -

0.201.мг/л. И наибольшее содержание ионов Си2+ отмечается в пробе воды Восточно-Камышанского месторождения.

Список литературы

1. Богдановский Г. А. Химическая экология : учеб. пособие. М. : Изд-во Моск. ун-та, 1994. 237 с.

2. Большаков В. Н., Горчаковский П. П., Добринский Л. Н., Магомедова М. А., Семериков Л. Ф. Биогеоценологиче-ские исследования на Ямале // Проблемы антропогенной динамики биогеоценозов. М. : Наука, 1990. С. 72.

3. Андерсон Р. К., Мукатонов А. Х., Бойко Т. Ф. Экологические последствия загрязнения почв нефтью // Экология. 1980. № 2. С. 256-263.

4. Измайлов Н. М., Пиковский Ю. И. Рекультивация земель, загрязненных при добыче и транспортировке нефти и нефтепродуктов // Восстановление нефтеза-грязненных почвенных экосистем. М. : Наука, 1988. С.220-230.

5. Артемьева Т. И., Жеребцов А. К., Борисович Т. М. Влияние загрязнений почвы нефтью и промышленными сточными водами на комплекс почвенных животных // Восстановление нефтезагрязненных почвенных экосистем : сб. науч. тр. М. : Наука, 1988. С. 82-98.

6. Гилязов М. Ю., Гайсин И. А., Гайнутдинов М. З. Охрана почв в районах нефтедобычи Татар. АССР // Защита растительности и охрана природы в Татар. АССР. Казань : Татар. кн. изд-во, 1989. С. 28.

7. Кузнецов А. Е. Научные основы экобиотехнологии : учеб. пособие для вузов. М. : Мир, 2006. 504 с.

8. Конторович А. Э., Нестеров И. И., Салманов Ф. К. и др. Геология нефти и газа Западной Сибири. М. : Не-дра,1975. С. 258.

9. Агеев В. Н., Вальков В. Ф., Чешев A. C., Цвылев Е. М. Экологические аспекты плодородия почв Ростовской области. Ростов н/Д : Изд-во СКВШ, 1996. 167 с.

УДК 579.64

ОПТИМИЗАЦИЯ ТЕХНОЛОГИИ БИОРЕМЕДИАЦИИ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ ЗЕМЕЛЬ, ЗАГРЯЗНЕННЫХ ГЕРБИЦИДОМ «ГЕЗАГАРД»

В. В. Олискевич1, Н. М. Талаловская1, С. Э. Третьякова1, Е. А. Барышникова1, О. Ю. Ксенофонтова2, В. А. Гребенщикова1, И. Ю. Андрюхина1, Е. В. Басова1, М. И. Правдивцева1, Ю. А. Живайкина1, Е. В. Иванова2

1Научно-исследовательский институт технологий органической и неорганической химии и биотехнологий (НИИТОНХиБТ), Саратов

2Саратовский государственный университет E-mail: [email protected] ksenofontova64@ mail.ru

Проведена оптимизация технологий восстановления земель, загрязненных пестициами, для черноземных почв. Дана оценка эффективности ремедиации почвы при использовании различных технологий. Изучена биологическая активность почвы в условиях загрязнения гербицидом «Гезагард» и определена скорость деградации пестицида при использовании следующих технологических приемов: стимулирование автохтонной микрофлоры агротехническими приемами (рыхление, полив, внесение углеводно-минеральной добавки) и внесение капсулированного и некапсулированного микроорганизма - деструктора пестицида Pseudomonas putida П2.

Ключевые слова: технологии биоремедиации, пестицид «Гезагард», прометрин, микроорганизмы деструкторы, рекуль-

тивация земель, загрязнение пестицидами, деструктор Pseudomonas putida.

Optimization Technology Bioremediation Agricultural Land of Contaminated of Herbicide «Gezagard»

V. V. Oliskevich, N. M. Talalovskaya, S. E. Tretyakova, E. A. Baryshnikova, O. U. Ksenofontova, V. A. Grebenshchikova, I. Y. Andryuhina, E. V. Basova, M. I. Pravdivzheva, U. A. Zhivaikina, E. V. Ivanova

The optimization technology restoring land contaminated by pesticides, for black soil. Assessed the effectiveness of soil remediation

© Олиияевич В. В., Талаловская Н. М, Третьякова С. Э, Барышникова Е. А., Ксенофонтова О. Ю,

Гребенщикова В. А., Андрюхина И. Ю., Басова Е. В., Правдивцева М. И., Живайкина Ю. А., Иванова Е. В., 2013