Встатье рассмотреныособенности проведения рекультивации северных территорий Восточной Сибири (тундровых и лесотундровых), в разрезе необходимых мероприятий по ликвидации последствий пожара пролива 995 км перегона ст. Дельбичинда — ст. Дабан. Также из работ Е. В. Коноваловой выяснено слабое действие нефтеразлагающих биопрепаратов в условиях холодного климата. Из работ З. С. Ежелева выяснено, что восстановление почвенного покрова и биологического разнообразие территорий в условиях севера происходит за период более двадцати лет.
Ключевые слова:нефтезагрязнение почв, рекультивация, почвы, растительность.
Особенно уязвимыми территориями являются северные регионы, это связано с климатическими особенностями данных территорий и их соответствующим использованием. Задача охраны трудновозобновляемой границы лесов, вызваны сохранением естественного растительного покрова, защищающего мерзлотные почвы и грунты от вытаивания и развития эрозионных процессов.
В случае выжигания нефти на поверхности частичное восстановление растительности происходит через 10 лет: сначала поселяются травянистые виды (пушица влагалищная, вейник Лангсдорфа), затем создается моховой покров, набор видов которого, однако, существенно отличается от первоначального.
Используя существующие исследования в области рекультивации нефтезагрязненных северных территорий нужно попытаться перенести опыт на моделируемую аварию пожара пролива нефтепродуктов, и спрогнозировать период восстановления территорий, а также подобрать практические рекомендации к мероприятиям по восстановлению земель [1]
В случае пожара пролива происходит поверхностное выжигания нефти. Ограниченное восстановление растительности после данного процесса происходит только через 10 лет: сначала поселяются травянистые виды (пушица влагалищная, вейник Лангсдорфа), затем создается моховой покров, набор видов которого, однако, существенно отличается от первоначального. При механическом сборе нефти, как ковшовой техникой, так и при срезании поверхностного слоя высокоскоростной срезой с аэрацией грунта, на месте аварийного разлива возможно лишь частичное возобновление вегетации только на четвертый год. Первоначально появляется частичное охвоение сосен, отрастают побеги кустарничков. Вместе с тем, наблюдается внедрение несвойственных видов (вейники, ситники, осоки, рогоз) [2].
Рис. 1. Участок, пострадавший от пожара пролива нефтепродуктов
Наиболее приоритетным для мониторинга считается бензапирен, который образуется при сгорании нефтепродуктов. Бензапирен выступает своеобразным индикатором присутствия канцерогенных полициклических ароматических углеводородов (ПАУ) во внешней среде [3]. С помощью мониторинга бензапирена можно оценить мутагенность достигнутой в почве концентрации нефтепродуктов, понять тенденции изменения флоры пораженного участка, и спланировать комплекс мероприятий по восстановлению земель.
Подробное изучение трансформации агрофизических показателей почвы дается в работе Е. В. Коноваловой [4]. Работа проводилась в Баргузинском районе Республики Бурятия в течение 2004–2006 гг. на каштановой легкосуглинистой мучнисто-карбонатной почве, искусственно загрязненной нефтепродуктами различных фракций. Вносился бензин (легкая фракция нефти) в дозах 2 л/м2 и 4 л/м2 и дизельное топливо (конденсированная фракция) в дозе 2 л/м2.
Коновалова отмечает неоднозначное влияние загрязнения на агрофизические свойства почвы. В качестве агрохимических показателей были взяты гранулометрический состав и структура, массовая влажность. Так, гранулометрический состав почвы под влиянием нефтезагрязнений менялся не слишком сильно. Несколько сокращается содержание фракции средней и мелкой пыли. Эта тенденция прослеживается в течение нескольких лет исследования. «Внесение цеолита несколько ослабляет тенденцию изменения гранулометрического состава почвы под влиянием нефтепродуктов. Введение в опыт фитомелиоранта на фоне нефтезагрязнения и внесения цеолитов не оказывает значительного влияния на изменение показателя гранулометрического состава» (цит. по Коноваловой) [5].
Также изучалась водопрочность почвенной структуры, которая значительно сильнее изменилась под влияние нефтепродуктов. Автор отмечает возрастание водопрочности почвенных агрегатов, c 0,4, до 0,88 при внесении бензиновой фракции нефти в дозе 2 л/м2 и до 0,93 при дозе 4 л/м2 бензина. Автор предполагает, что при загрязнении дизельным топливом на агрегатах адсорбируются трудноразлагаемые фракции нефти, не допуская воду внутрь агрегатов с их последующим разрушением. «Внесение цеолита в качестве мелиоранта способствует снижению аномально высокой агрегированности и водопрочности агрегатов, и коэффициент водопрочности к концу 3-го года достигает средних величин даже в вариантах с внесением дизельного топлива» (цит.по Коноваловой) [5]. В работе Коноваловой отмечается снижение фильтрационных свойств загрязненных почв. В течение всего времени исследования для них характерно более низкие значения влажности полевой. «Наибольшее снижение показателя влажности почвы за вегетационный период отмечалось в вариантах с внесением дизельного топлива в качестве загрязнителя и составило в июне 2004 г 8,2 %, по сравнению с 9,8 % в контроле. Восстановление водно-физических свойств до контрольных при внесении цеолита наиболее активно происходит в первый год опыта» (цит.по Коноваловой) [4].
Основной фактор, ограничивающий развитие биоты это климат Восточной Сибири. Длительное мерзлое состояние почв ухудшает освоение биотой толщи пород. Биоценотические связи между компонентами экосистемы не только становятся теснее, но и само жизненное пространство уменьшается до небольшого по мощности органогенного слоя, в котором практически замыкается биологический оборот органического вещества, сосредоточена основная масса корней растительного сообщества (80–90 % от общей массы корней в пятидесятисантиметровом слое) [2].
Из работы «Свойства и режимы рекультивированных после разливов нефти почв усинского района республики коми» З. С. Ежелева [2], можно установть следующий пример реальной рекультивации на сходной территории на основе изучения сотрудниками Института биологии Коми НЦ УрО РАН состояния растительности и почвенной биоты на рекультивированной нефтезагрязненной почве Верхне-Возейского месторождения в Усинском районе Республики Коми после нефтяного загрязнения, произошедшего в 1994 г., по некоторым оценкам объем нефти, вылитый в результате на поверхность составлял до 270 000 тонн. Наблюдение и рекультивация проводились на протяжении 20 лет.
Кратко рассмотрим исследуемый район, для сравнения его с территорией республики Коми, приведенной в работе [2]. В геологическом строении участка принимают участие техногенные, аллювиальные, биогенные (болотные), ледниковые (моренные) и делювиально-коллювиальные отложения четвертичного возраста и скальные образования раннепротерозойского возраста.
Техногенные грунты представлены щебеночным балластом, галечниковым грунтом с песчаным заполнителем с включениями валунов, валунным и глыбовым грунтами с песчаным заполнителем, которыми отсыпано тело насыпи.
Распространены техногенные грунты на всем протяжении существующего пути: слагают насыпи автомобильных и железных дорог, а также площадок в пределах станций и прилегающих к ним территорий.
Биогенные (болотные) грунты встречены справа от железнодорожной насыпи в заболоченном озере мощностью до 6,8 м; и слева от железнодорожной насыпи мощностью до 1,9 м. Под железнодорожной насыпью болотные отложения вырезаны в процессе строительства. Биогенные грунты представлены торфом сильноразложившимся избыточно влажным.
Аллювиальные грунты распространены на большей части участка, периодически сменяясь скальными и ледниковыми отложениями в местах перехода трассы на коренные склоны долины реки Кунерма. Ледниковые (моренные) отложения представлены валунными и галечниковыми грунтами с песчаным заполнителем. Имеют ограниченное распространение на протяжении всего участка, приурочены к местам перехода трассы на коренные склоны долины реки Кунерма.
Самый холодный месяц — январь, средняя месячная температура колеблется от минус 22,6°С до минус 26,7°С (МС Нижне-Ангарск, МС Орлинга). Средняя минимальная температура воздуха по метеостанциям составляет минус 26,6 — минус 32,2°С. Самым теплым месяцем является июль, средняя месячная температура воздуха находится в пределах от 15,5 до 17,1°С, средняя максимальная температура может достигать 21,0–25,1°С. Среднегодовая температура воздуха колеблется в пределах от — 3,1 до — 4,0°С.
Продолжительность залегания снежного покрова на участке проектирования колеблется около 180–190 дней.
Самая ранняя дата появления снежного покрова приходится на первую декаду октября. Высота снежного покрова определяется условиями местоположения. Снег с открытого, хорошо обдуваемого места сдувается и откладывается в местах, защищенных от ветра, где высота снежного покрова больше.
На метеостанциях Орлинга, Нижне-Ангарск наибольшая средняя декадная высота снежного покрова колеблется 40–41 см, максимальная высота достигает 65–68 см, а наименьшая 19–28 см.
Необходимо оговориться о том, что район аварии в Усинском районе Республики Коми по своим климатическим условиям в некоторой мере сходен с районом перегона Дельбичинда-Дабан. Не смотря на наличие массовых торфянников, на площадке аварии в Коми, там так же встречаются глеевые и супесные почвы, характерные для рассматриваемого перегона Дельбечинда — Дабан. Так же торфянники, пусть и в меньшем объеме, присутствуют на исследуемом перегоне. Оба района характеризуются наличием мерзлотности. В районе Дабана, в долине реки Кунермы до 371 мм в зимний период, в республике Коми до 400–450 мм. Сходны и профили залегания грунтовых вод. Так же сходны представители растительного покрова, травяно-кустарничоквые, осоково-кустарничковые виды, а также еловые, березовые, елово-березовые и лиственничные леса расположенные в долине реки Кунерма и на склонах холмов и нижнем поясе гор перегона Дельбечинда- Дабан.
Рис. 2. Участок до (слева) и после (справа) мероприятий по рекультивации территории
Так же необходимо отметить, что в условиях севера Иркутской области и Республики Бурятия биодеструкция углеводородов протекает крайне медленно [5], из-за постоянных низких температур. И как показывает опыт рекультивации в Республике Коми, о возвращении земли в хозяйственный оборот можно говорить только в долгосрочной перспективе. 20–30 лет в случае разовых мероприятий по очистке и рекультивации территории, и 15–20 лет в случае систематической деятельности [2].
И в качестве первой меры можно порекомендовать внесение в свежие нефтяные лужи сыпучего сорбента, неизвлекаемого, обычно очень дешевого. Чаще всего это торф, продукты растительного происхождения (например лузга или шелуха). Декларируемая сорбционная ёмкость нефтесорбентов первой группы колеблется от 5 до 12 г нефти на 1 г сорбента (5–12 г/г). Объемный вес (плотность) — около 100 кг/м3 [32]. Часто подобный сорбент вносится в грунт вместе с минеральными удобрениями и культурами нефтепоглощающих биопрепаратов на этапе глубокой рекультивации территории. Главным недостатком сорбента можно считать его неизвлекаемость. Предпринимаются попытки создать передвижные установки для сбора сыпучих сорбентов с грунта. Но пока нельзя говорить о выходе их из стадии исследовательского прототипа. Чаще всего, после связывания нефтепродуктов таким образом, грунт попросту срезается и вывозится либо на захоронение, либо на переработку с помощью внесения биопрепаратов, удобрений, аэрации и подогрева. Впоследствии такой грунт может быть возвращен на место выемки.
Из работ Коноваловой показана высокая эффективность внесения цеолитов в грунт, с последующим перемешиванием его при рекультивационных мероприятиях и аэрацией, например с помощью фрез. В работе М. В. Обуздиной [6] хорошо показана возможность утилизации излишков цеолитов, после сбора агломераций из нефтяных луж и выжигания нефтепродукта, путем добавления отработанного сорбента в строительные материалы.
Это полностью решает проблему утилизации излишков замазученного сыпучего сорбента, как не подлежащего применению в качестве раскислителей почвы через переработку почвенной биотой в рамках восстановительных мероприятий.
Так и принципиальную задачу утилизации отработанного сорбента, ставящую проблему, порой большую, с точки зрения экологического вреда и экономического ущерба, особенно в регионе Восточной Сибири, где, как было показано, переработка излишков замазученных цеолитов в почве бактериальными культурами малоперспективна.
Заключение
Таким образом необходимо отметить следующие факторы, вытекающие из анализа сходной по климатическим и почвенным условиям, а также своему механизму аварии, результаты двадцатилетнего наблюдение которой описаны Ежелевым. В условиях севера нефтяные пленки не деградировали за двадцать лет. Присутствует перенос углеводородов в почве вдоль водоупорного слоя, произошло загрязнение подземных вод по всему горизонту. Сформировался поверхностный водоупорный слой, это привело к уменьшению дождевого водосбора грунтовых вод. Глубины промерзания почвы значительно увеличились. Кислотно-щелочной баланс почв колеблется от 5 до 7,5. Без проведения полноценных рекультивационных работ даже по прошествии 20 лет невозможно возвращение загрязненных участков в оборот.
Литература:
- Майоренко, Д. И. Опасные процессы природного характера на перегоне Дельбичинда — Даабан ВСЖД как причина возникновения ЧС / Д. И Майоренко, В. Я. Гудыма, Е. А. Руш; Иркут. гос. ун-т путей сообщения // Безопасность и мониторинг техногенных и природных систем: материалы и докл. VI Всерос. конф. (Красноярск, 18–21 сент. 2018 г.); научн. ред. В. В. Москвичев. — Красноярск: Сиб. федер. ун-т, 2018. — 391. — С. 391–394.
- Ежелев, З. С. Свойства и режимы рекультивированных после разливов нефти почв Усинского района Республики Коми: дис. … канд. биол. наук: 06.01.03/ Ежелев Захар Сергеевич; МГУ им. М. В. Ломоносова. — М., 2015. — 142 с.
- Седов, Д. В. Разработка методов прогнозной оценки загрязнения природной среды при авариях нефтеналивных составов на железной дороге (на примере Южного Байкала): дис. … канд. техн. наук: 03.00.16 / Седов Дмитрий Владимирович; Федер. Агенство по образованию Рос. Федерации, ГОУ ВПО Иркут. гос. техн. ун-т, ГОУ ВПО Восточно-Сибирский ин-т МВД России. — Иркутск, 2007. — 125 с.Караев, С. Экологические проблемы транспортировки нефти и нефтепродуктов и новые методы очистки водной поверхности от нефти и нефтепродуктов / С. Караев, К. Шыхалиев // Sonderdruck aus Hannoversches Jahrbuch. Serie: Ökologie. — 2014. — Band 4. — 46 с.
- Коновалова, Е. В. Влияние цеолитов и фитомелиорантов на агрофизические свойства нефтезагрязненной каштановой почвы / Е. В. Коновалова, Н. Ю. Поломошнова // Почвы степных и лесостепных экосистем Внутренней Азии и проблемы их рационального использования: материалы междунар. науч.-практ. конф., приуроченной к 90-летию Т. А. Ишигенова (Улан-Удэ, 26–27 марта 2015 г.) / ФГБОУ ВО Бурят. гос. с.-х. акад. им. В. Р. Филиппова. — Улан-Удэ: Бурят. гос. с.-х. акад. им. В. Р. Филиппова, 2015. — С. 186–190.
- Коновалова, Е. В. Влияние цеолитов и фитомелиоранта на агроэкологические показатели нефтезагрязненных почв в криоаридных условиях Забайкалья: дис. … канд. с.-х. наук: 06.01.03 / Коновалова Елена Викторовна; Бурят. гос. с.-х. акад. им. В. Р. Филиппова. — Улан-Удэ, 2009. — 149 с.
- Investigations of utilization of waste zeolite sorbents in building materials / Obuzdina M. V., Rush E. A. // Proceedings of the fourth international symposium on innovation & sustainability of modern railway (ISMR’2014). — Irkutsk: Publishing by Irkutsk State Transport University. — P. 6–14.
