Техногенные пустыни. Противоэрозионная устойчивость почвы, загрязняемой газовым конденсатом - Экология - Статьи журнала
5 мин
162
0

Техногенные пустыни. Противоэрозионная устойчивость почвы, загрязняемой газовым конденсатом

Техногенные пустыни. Противоэрозионная устойчивость почвы, загрязняемой газовым конденсатом

При хроническом загрязнении почвы газовым конденсатом на ней создается эффект “техногенной пустыни”, характеризующийся полным отсутствием растительности и эрозией (разрушением) почвы, приводящих со временем к образованию промоин и оврагов под действием водных потоков от выпадающих атмосферных осадков. Возникает угроза стабильности инженерно-технических сооружений газовой промышленности, расположенных на территориях, подверженных эрозии почвы. Какие сегодня существуют решения проблемы противоэрозионной устойчивости почвы, загрязняемой газовым конденсатом?

В данной работе показано решение проблемы противоэрозионной устойчивости почвы, загрязняемой газовым конденсатом, путем проведения опыта по рекультивации (восстановлению плодородия) почвы, то есть регенерации на ней растительности, препятствующей процессу эрозии. В качестве объекта исследования был взят участок на территории дожимной компрессорной станции (Ставропольский край), обеспечивающей расчетное давление магистрального газопровода по мере снижения пластового давления. Здесь отмечалось хроническое загрязнение черноземной тяжелосуглинистой почвы в результате поступления газового конденсата из продувочной свечи (вертикальной трубы с оголовком), что выразилось в полном отсутствии растительности на определенной площади вокруг свечи. Как известно, газовый конденсат состоит в основном из высоко кипящих фракций углеводородов (от 30-80 до 200-300°С), то есть бензиновых и керосиновых компонентов, и поэтому загрязнение окружающей среды в данном случае выразилось в постоянном ощущении их специфического запаха в атмосферном воздухе.

В опыте для рекультивации почвы использовали биокомпост «Пикса» (марки «Премиум»), получаемый путем ускоренной ферментации торфа с навозом (4:1) и обогащения микроорганизмами (106 клеток/г) и питательными веществами [Семенцов, 2006]. Торф, используемый для приготовления данного биокомпоста, характеризовался объемной массой (при влажности 60%) - 570 кг/м3, степенью разложения 20%, зольностью 25% и рН 5,5. Сорбционная емкость торфа по отношению к углеводородам составляла 8-10 г на 1 г абсолютно сухого вещества торфа.

В отдельные делянки с размерами 0,5х0,5 м, после разрыхления почвы, вносили с заделкой в поверхностный ее слой (0-6 см) биокомпост в дозах 4 и 8 кг/м2. Для создания густого травостоя и плотной дернины, защищающей почву от эрозии, производили посев смеси многолетних трав (15-30 г семян на 1 м2) из числа корневищных и корнеотпрысковых растений, то есть мятлика лугового (Poa pratensis), овсяницы красной (Festuca rubra), полевицы белой (Agrostis alba) и др. Продолжительность жизни этих видов растений в травостое достигает 10 и более лет. Контрольный вариант представлял собой делянку без внесения биокомпоста. На 42 сут оценивали продуктивность многолетних трав посредством измерения сырой биомассы целых растений в различных вариантах опыта, а также проводили контроль активности ферментов каталазы и дегидрогеназы в почве методами, защищенными двумя патентами Российской Федерации [№ 2387995, № 2387996].

Для количественного газометрического определения активности каталазы использовали пероксид водорода, который разлагается под действием данного фермента на кислород и воду [Хазиев, 1976]:

2H2O2 → O2 + 2H2O.

При этом измеряется скорость разложения пероксида водорода при его взаимодействии с почвой или со смесью почвы с биокомпостом по объему выделяющегося кислорода. Активность каталазы выражали в мл О2/(мин·г).

Для количественного спектрофотометрического определения активности дегидрогеназы использовали 2,3,5-трифенилтетразолийхлорид (C19H15N4Cl, бесцветное вещество), который, акцептируя мобилизованный дегидрогеназой водород, превращается в почве или смеси почвы с биокомпостом в 2,3,5-трифенилформазан (C19H16N4, вещество красного цвета), который кратно экстрагировали этиловым спиртом:

C19H15N4Cl + H2 ® C19H16N4 + HCl.

Другим продуктом реакции является хлористый водород. Интенсивность окрашивания объединенных спиртовых вытяжек из почвы и смеси почвы с биокомпостом измеряли раздельно спектрофотометром при длине волны 490 нм. Активность дегидрогеназы выражали в мкг 2,3,5-трифенилформазана/(г×сут).

Анализ содержания углеводородов газового конденсата в поверхностном слое почвы, проведенный методом инфракрасной спектрометрии, при экстракции веществ четыреххлористым углеродом, показал неравномерный характер хронического загрязнения участка вокруг продувочной свечи. На разных делянках количество углеводородов в почве колебалось в пределах 1,8-5,4 г/кг в течение продолжительного периода времени (3,5 мес.). Интересно отметить, что эти количества оказались одного порядка с содержанием углеводородов, отмечаемым в почвах вокруг ряда автозаправочных станций (1,9-8,2 г/кг), что, в первом и во втором случае, определяется состоянием динамического равновесия процессов испарения и сорбции веществ, зависящим от гидротермических условий [Семенцов и др., 2006]. В целом это свидетельствует об идентичности техногенной нагрузки на окружающую среду двух совершенно различных источников высоко кипящих фракций углеводородов.

Результаты посева и выращивания многолетних трав показали, что растения на порядок были более продуктивными на делянках с внесением биокомпоста в дозах 4 и 8 кг/м2 по сравнению с делянкой без его внесения (табл. 1). Так, вес сырой биомассы многолетних трав был выше по сравнению с контролем в среднем в 8,6 и 16,9 раза.

рис 1.jpg

При внесении в почву биокомпоста в дозах 4 и 8 кг/м2 активность каталазы и дегидрогеназы повышалась соответственно в среднем в 1,9 и 2,4 и 5,8 и 8,9 раза по сравнению с вариантом без внесения биокомпоста. Повышение активности каталазы и дегидрогеназы при внесении биокомпоста свидетельствует об эффективности рекультивации почвы, в которой непосредственное участие принимают исследуемые ферменты. Так, если каталаза разрушает токсичный для микроорганизмов и корневой системы растений пероксид водорода, образуемый в результате различных биохимических реакций окисления органических веществ (углеводов, спиртов, кислот и др.) в почве, то дегидрогеназа катализирует отщепление водорода от молекул этих веществ.

Доказательством адекватности использования активности каталазы и дегидрогеназы почвы для оценки эффективности регенерации растительности, в виде многолетних трав, на загрязняемой газовым конденсатом почве послужили результаты корреляционного и регрессионного анализа данных опыта. Так, расчет коэффициента корреляции (r), указывающего на направление и степень сопряженности в изменчивости признаков, показал наличие сильной корреляционной зависимости между биомассой растений и активностью каталазы (r = 0,78), биомассой растений и активностью дегидрогеназы (r = 0,85). Соответствующие формулы корреляционной зависимости, то есть уравнения линейной регрессии, позволяющие судить о том, как количественно меняется результативный признак (y) при изменении факториального (x) на единицу измерения, имели следующий вид:

y = 0,002x + 1,528;

y = 0,41x + 76,76.

Как оказалось, чем больше была биомасса растений на участке, как следствие внесения биокомпоста, тем больше оказались величины активности каталазы и дегидрогеназы, определяемые функционированием микроорганизмов внесенного биокомпоста и корневой системы произрастающих растений, как продуцентами данных ферментов.

Таким образом, проблема противоэрозионной устойчивости почвы, загрязняемой газовым конденсатом, решается путем ее рекультивации, что заключается во внесении биокомпоста, в посеве и выращивании многолетних трав и контроле активности ферментов. Однако в условиях хронического загрязнения почвы газовым конденсатом необходимо будет проводить постоянное наблюдение за состоянием травостоя, при изреживании которого необходимо возобновлять рекультивацию. В целом, такой подход позволяет активно противодействовать процессу эрозии почвы, и, следовательно, избежать явной угрозы стабильности инженерно-технических сооружений газовой промышленности, расположенных на территориях, подверженных эрозии почвы.




Статья «Техногенные пустыни. Противоэрозионная устойчивость почвы, загрязняемой газовым конденсатом» опубликована в журнале «Neftegaz.RU» (№3-4, Март 2014)

Авторы:
Комментарии

Читайте также