АГРОХИМИЯ, 2007, № 11, с. 49-56
УДК 631.41:631.879.3:582.623.2
ИЗМЕНЕНИЕ АГРОХИМИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ПОЧВОСУБСТРАТОВ ПРИ ВНЕСЕНИИ ОТХОДОВ БУРЕНИЯ И ВЫРАЩИВАНИИ РАЗЛИЧНЫХ КЛОНОВ ИВЫ*
© 2007 г. Н. Б. Наумова, Р. П. Макарикова, В. В. Тараканов1
Институт почвоведения и агрохимии СО РАН 630099, Новосибирск, ул. Советская, д. 18, Россия Западно-Сибирский филиал Института леса им. ВН. Сукачева СО РАН 630082 Новосибирск, ул. Жуковского 100/1, Россия E-mail: naumova@issa.nsc.ru Поступила в редакцию 29.05.07 г.
В условиях полевого опыта по выращиванию различных клонов растений ивы, заложенного в подзоне средней тайги северной части Сургутского Полесья на песчаных субстратах, показано, что внесение отходов бурения увеличивало обеспеченность субстратов подвижными формами основных элементов минерального питания растений. Наряду с влиянием отходов, уже на ранних стадиях (до 7 лет) развития растений ивы выявляется воздействие их различных генотипов на подвижные формы питательных элементов и содержание общего азота в почве. С помощью дискриминантного анализа показано, что наибольший вклад в различие свойств почвосубстратов под разными клонами вносили показатели содержания нитратного и общего азота, т.е. генотипическая изменчивость растений ивы влияет в первую очередь на процессы и компоненты трансформации азота в почве. Это имеет большое значение для биогеохимической селекции древесных растений с целью формирования заданных агрохимических и эдафических условий почвосубстратов рекультивируемых территорий, управления сукцессиями растительных сообществ и формированием растительного покрова.
ВВЕДЕНИЕ
Бурение нефтяных скважин создает большую нагрузку на природные экосистемы. Серьезной экологической проблемой является загрязнение почв лесоболотных экосистем и техногенных грунтов отходами бурения [1, 2], направляемыми в специальные углубления в почве, так называемые шламовые амбары, для хранения. В состав буровых растворов на водной основе входят различные, в том числе токсичные компоненты, содержащие тяжелые металлы, биоциды, синтетические поверхностно-активные вещества [3] и т.п. Для прохождения твердых горных пород в состав бурового раствора практически всегда добавляются смазочные вещества на углеводородной основе (нефть, дизельное топливо и др.). Бурение наклонных скважин требует применения синтетических буровых растворов либо растворов на нефтяной основе. По токсичности отходы бурения, состоящие из выбуренной породы и бурового раствора, отнесены к 4 классу опасности [4].
Взамен устаревшей технологии хранения отходов в шламовых амбарах предложено использование отходов для биологической рекультивации [2]. Предполагается, что, будучи в "откры-
* Работа выполнена при финансовой поддержке Интеграционного проекта СО РАН < 5.23.
том" состоянии, отходы бурения иод влиянием аэрации, солнечной радиации, а также растений и микроорганизмов с течением времени будут естественно обезврежены. Более того, ио мнению некоторых авторов [2, 5], в связи с наличием в отходах глинистых частиц, элементов минерального иитания и щелочного характера среды, отходы бурения на водной основе могут быть исиользова-ны в качестве мелиоративного средства для улучшения физико-химических свойств кислых, обедненных иитательными элементами торфо-иесча-ных субстратов лесоболотных территорий.
Поиск растений, сиособных образовывать устойчивый растительный иокров на антроиогенно нарушенных территориях, и изучение их физиологии активно ведется в настоящее время [6]. В связи с расио-ложением основных нефтедобывающих районов в бореальной зоне растения для формирования растительного иокрова на участках с отходами бурения должны быть неирихотливы, морозоустойчивы и сиособны интенсивно иродуцировать биомассу, т.е. выиолнять функцию эдификации, в том числе и ири иовышенной концентрации тяжелых металлов в иочве. Этим условиям удовлетворяет ива Salix spp, чьи иродукционные свойства [7], расиределение фотоассимилятов ио надземной и иодземной частям растений [8, 9], фотосинтетические особенности иод влиянием внесения удоб-
Таблица 1. Изменение агрохимических свойств почвосубстратов под влиянием внесения отходов бурения
Субстрат
Показатель песчаный с отходами бурения шламовый амбар
(n = 18) (n = 20) (n = 3)
PHH2O 6.1 a ± 0.1 6.1 a ± 0.1 8.3 b ± 0.1
Сорг, % 0.07 a ± 0.02 0.12 a ± 0.02 4.05 b ± 0.04
% 0.01 a ± 0.00 0.01 a ± 0.00 0.05 b ± 0.00
C/N 9.9 a ± 3.0 22.3 b ± 4.2 81.0 c ± 3.7
N-NO-, мг кг-1 2.1 a ± 0.1 2.2 a ± 0.1 14.6 b ± 0.4
N-NH+, мг кг-1 1.0 b ± 0.4 0.6 b ± 0.2 0.0 a ± 0.0
Легкоподвижный P2O5, мг кг-1 0.2 b ± 0.1 0.1 a ± 0.0 5.8 c ± 0.6
Подвижный P2O5, мг кг-1 0.4 a ± 0.0 2.0 b ± 0.1 14.3 c ± 0.5
K2O, мг кг-1 11.1 a ± 1.1 28.0 b ± 1.3 199.8 c ± 2.2
Примечание. Различные буквы в строках обозначают значения, различающиеся на 0.05-ом уровне значимости (P < 0.05). Отметим, что дисперсионный анализ и post-hoc сравнение средних проводили по логарифмически трансформированным данным.
рений [10] и остатков сточных вод [11, 12], способность расти на загрязненных субстратах [13, 14] и т.п. позволяют использовать эти растения для широкой [15, 16] и эффективной рекультивации [17, 18] и агролесоведения [19, 20]. Таким образом, отбор клонов ивы для целей экологической реабилитации северных техногенных ландшафтов считают весьма перспективным. Ранее в краткосрочных полевых экспериментах мы выявили стимулирующее влияние отходов, смешанных с песком и торфом, на рост и сохранность различных видов древесных растений, в том числе на местные виды ив [5]. Однако в ходе этих экспериментов не были изучены различия в химических особенностях контрольных и загрязненных почв, а также воздействие видовой и гено-типической специфики высаженных растений на свойства почвенных субстратов. Отметим, что в настоящее время исследователи все активнее изучают влияние древесных растений на химические и микробиологические процессы, происходящие в почвах, и на свойства самих почв [21, 22]. Этот вопрос стал особенно актуален в связи с увеличением площадей искусственных лесопосадок, в том числе и по рекомендации Киотского протокола для консервирования двуокиси углерода из атмосферы [23]. Деревья существенно влияют даже на такие мало динамичные свойства почв, как морфологические [24].
Для изучения возможности роста деревьев и формирования лесного покрова на почвах, загрязненных отходами бурения, в подзоне средней тайги северной части Сургутского Полесья на площадках Тянского месторождения нефти в 1997 г. были заложены полевые опыты с высажи-
ванием ивы шерстистопобеговой Salix dasyclados Wimm. Целью настоящей работы было изучение влияния отходов бурения и генотипических различий высаженных растений на некоторые агрохимические свойства почвы.
МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ
Саженцы пяти различных клонов ивы шерстистопобеговой были высажены осенью 1997 г. на делянках площадью 1 м2 и глубиной 50 см, содержащих (1) чистый намывной мелкозерный песок и (2) песок с добавлением отходов бурения в количестве 35% от общей массы. Опыт заложен в 4-кратной повторности по рендомизированной схеме. Подробное описание опыта приведено в книге [5].
Отбор образцов. Для определения содержания различных форм питательных элементов образцы почвосубстратов отбирали в августе 2004 года, т.е. на седьмой год полевого опыта, из слоя 0-15 см на расстоянии 10 см от ствола в подкроновой зоне растений. Для сравнения были отобраны образцы субстратов из амбара со шламом и со дна амбара. Один смешанный образец составляли из 2-3 индивидуальных монолитов почвенных субстратов. Перед проведением анализов почвосубстраты просеивали через сито с диаметром ячеек 3 мм и хранили при температуре +4°С.
Одновременно с отбором почвенных образцов измеряли высоту кустов и длину годичных побегов скелетных осей (стволиков) ивы за 3 последних года (2002-2004 гг.).
Содержание органического углерода в субстрате определяли по Тюрину (Сорг), общий азот по Кьельдалю. Содержание нитратного азота изме-
К2 (18%) 3.5 г
2.5
1.5
0.5
-0.5
-1.5
-2.5
-3.5
° о65 О о*
• • ••
б>
Субстраты о 1 • 2
Д 3 ▲ 4
-2
-1
3 4
К1 (40%)
Рис. 1. Анализ методом главных компонент агрохимических свойств почвосубстратов: расположение различных субстратов в плоскости первых двух главных компонент К1 и К2. То же на рис. 2. Субстраты: 1 - песчаный, 2 - песчаный с отходами бурения, 3 - шламовый амбар, 4 - дно шламового амбара. В скобках - процент общей дисперсии, приходящийся на данную компоненту.
К2 1.0
0.8
0.6
0.4
0.2
0.0
-0.2
-0.4 -0.6
N
общ
ш4
Р20
2^5
с
орг
рН
ш3
К20
с/к
(Р205)НС1
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0 К1
Рис. 2. Коэффициенты корреляции агрохимических свойств субстратов со значениями первых двух главных компонент.
0
1
2
Таблица 2. Высота в 7-летием возрасте (п = 38) и среднегодовой прирост стволиков (п = 114) у клонов ивы шер-стистопобеговой на различных субстратах
Средняя высота, см Средний прирост за 2002-2004 гг., см год 1
Клон песчаный субстрат субстрат с отходами бурения песчаный субстрат субстрат с отходами бурения
27 48 ± 13 48 ± 6 10.0 ± 1.6 7.1 ± 1.1
28 100 ± 27 79 ± 13 22.0 ± 5.5 11.7 ± 1.2
29 74 ± 7 58 ± 5 19.8 ± 3.6 10.3 ± 2.1
32 130 ± 33 61 ± 10 23.0 ± 3.6 11.3 ± 1.2
10 89 ± 9 119 ± 18 13.9 ± 1.7 15.7 ± 1.6
Среднее на субстрат 93 ± 11 73 ± 7 17.6 ± 1.8 11.2 ± 0.8
Таблица 3. Изменение агрохимических свойств почвосубстратов под влиянием различных генотипов растений ивы (п = 8)
Показатель Клон
10 27 28 29 32
pH 5.96 ± 0.17 6.06 ± 0.20 5.99 ± 0.11 6.21 ± 0.11 6.33 ± 0.07
Сорг, % 0.07 ± 0.01 0.11 ± 0.04 0.12 ± 0.04 0.07 ± 0.01 0.12 ± 0.03
No64, % 0.009 b* ± 0.001 0.011 b ± 0.002 0.013 b ± 0.002 0.009 b ± 0.002 0.005 a ± 0.001
C/N 8.3 ± 1.5 18.8 ± 8.6 11.1 ± 3.7 10.8 ± 3.4 33.6 ± 8.2
N-NO-, мг кг-1 1.96 a ± 0.06 2.90 b ± 0.36 2.00 a ± 0.05 2.06 a ± 0.07 2.20 a ± 0.11
N-NH+, мг кг-1 0.22 ± 0.12 0.48 ± 0.22 0.46 ± 0.30 1.99 ± 0.89 0.74 ± 0.50
Легкоподвижный P2O5, мг кг-1 0.04 a ± 0.02 0.51 b ± 0.32 0.12 b ± 0.06 0.15 b ± 0.05 0.12 b ± 0.05
Подвижный P2O5, мг кг-1 1.2 ± 0.3 1.6 ± 0.4 1.4 ± 0.4 1.1
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.