ХИМИЯ ТВЕРДОГО ТОПЛИВА, 2013, № 4, с. 57-59
УДК 552.577+631.4/662.69
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ТОРФА ДЛЯ РЕКУЛЬТИВАЦИИ НАРУШЕННЫХ ПОЧВ В РАЙОНЕ ДОБЫЧИ ПРИРОДНОГО ГАЗА © 2013 г. Р. В. Галиулин, В. Н. Башкин, Р. А. Галиулина
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт фундаментальных проблем биологии Российской академии наук (ИФПБ РАН), Пущино, Московская область Е-таИ: rauf-galiulin@rambler.ru Поступила в редакцию 25.09.2012 г.
Проведена экспрессная оценка эффективности рекультивации (восстановления плодородия) нарушенных тундровых почв Тазовского полуострова (Ямало-Ненецкий автономный округ) в районе добычи природного газа. Высокая эффективность рекультивации посредством торфа нарушенных почв подтверждается повышением активности фермента дегидрогеназы.
Б01: 10.7868/80023117713040075
Известно, что в условиях Крайнего Севера при проезде техники, связанной с осуществлением геологоразведочных работ, бурением скважин и обустройством промыслов по добыче природного газа, не исключаются механические воздействия на почвенно-растительный покров, при которых тундровые почвы частично или полностью лишаются растительности и органогенного слоя, а минеральные горизонты выходят на дневную поверхность [1]. В этой связи особое значение придается исследованиям состояния тундровых почв, в частности Тазовского полуострова, где ООО "Газпром добыча Ямбург", наряду с междуречьем рек Пур и Таз, проводит геологоразведочные работы и осуществляет добычу природного газа и его подготовку к транспортировке [2].
Тазовский полуостров находится на севере Западно-Сибирской равнины в Ямало-Ненецком
Карта-схема района добычи природного газа, осуществляемой ООО "Газпром добыча Ямбург": 1 — полуостров Ямал; 2 — Тазовский полуостров; 3 — место отбора образцов почв и торфа; 4 — Гыданский полуостров; 5 — междуречье рек Пур и Таз; из легенды: а — реки; б — озера; в — болота.
автономном округе между Обской губой (морским заливом) на западе и Тазовской губой на востоке (рисунок). Поверхность полуострова равнинная, покрыта многочисленными мелкими озерами, а также болотами, слабо наклонена на востоке к Тазовской губе и падает крупными обрывами на западе к Обской губе. Полуостров представляет собой мохово-лишайниковую и кустарниковую тундру, которую в течение столетий на всем ее протяжении местное население использует для пастбищного оленеводства.
ООО "Газпром добыча Ямбург" в своей производственной деятельности руководствуется соблюдением баланса экономических, социальных и экологических составляющих общеизвестной концепции устойчивого развития [2]. Одним из основополагающих принципов экологической составляющей концепции, которого придерживается ООО "Газпром добыча Ямбург", является ликвидация последствий техногенного воздействия на окружающую среду в зонах размещения производственных объектов, что реализуется, в частности, в виде рекультивации (восстановления плодородия) нарушенных тундровых почв. Так, например, почвы, лишенные органогенного слоя, покрывают смесью песка и торфа (в соотношении песок : торф — 4 : 1) толщиной до 5—6 см, что в конечном счете должно ускорить восстановление растительности, а следовательно, и самой почвы [1]. Однако в условиях сурового климата тундры об эффективности рекультивации нарушенных почв можно будет судить по факту регенерации на них исходной растительности только спустя десятилетия после начала рекультивации [3], поэтому становится крайне важной предварительная экспрессная оценка эффективности рекультивации нарушенных почв путем проведения лабораторных опытов в контролируемых гидро-
58 ГАЛИУЛИН и др.
Таблица 1. Гидрофизическая характеристика образцов почв и торфа
Образец Плотность (объемная масса), г/см3 Капиллярная влагоемкость, % Полная влагоемкость, %
Торфяно-глеезем типичный тундровый 0.4 216 315
Торф 0.4 216 420
Нарушенная почва без растительности 1.7 25 32
То же + торф, 4 : 1 (почва : торф) 1.0 66 80
Нарушенная почва с растительностью 1.5 37 43
То же + торф, 4 : 1 (почва : торф) 0.9 78 102
термических условиях с анализом ключевых показателей процесса формирования почвенного плодородия. К числу таких показателей можно отнести активность фермента дегидрогеназы, продуцируемой микроорганизмами и растениями и широко применяемой при оценке плодородия почв, эффективности рекультивационных приемов и т.д. [4—6]. Дегидрогеназа катализирует реакции дегидрирования (отщепления атомов водорода) органических веществ (углеводов, спиртов, органических кислот и др.), поступающих в почву с растительными остатками.
Цель данной работы — экспрессная оценка эффективности рекультивации торфом нарушенных тундровых почв Тазовского полуострова в районе добычи природного газа путем анализа активности фермента дегидрогеназы.
Для исследований использовали образцы из слоя 0—6 см двух нарушенных тундровых почв, представляющих собой по гранулометрическому составу связный песок, т.е. содержание в почвах глины составляло 5—10%, а песка — 90—95%. Образцы отбирали на участках в районе расположения установок комплексной подготовки природного газа ООО "Газпром добыча Ямбург", обеспечивающих сбор и обработку газа в соответствии с требованиями отраслевых и государственных стандартов. На одном участке растительность отсутствовала, на другом отмечалось фрагментарное восстановление растительности в виде отдельных представителей травяно-злаковой ассоциации и мхов. Содержание органического углерода в почве без растительности составляло 0.2%, а в почве с растительностью — 0.9%. Для рекультивации нарушенных почв применяли местный верховой торф из разрабатываемого участка, находящегося в 2 км от производственных объектов ООО "Газпром добыча Ямбург". Данный торф как органогенное образование характеризовался зольностью, равной 54%, и содержанием (мг/кг) химических элементов в золе: Fe — 40000, Мп — 6000, 2п - 1000, Ва - 400, РЬ - 100, N1 - 60, Си -60, Сг - 30, Со - 30 и Мо - 2 мг/кг. При этом содержание Fe было выше его кларка для растений в 4 раза, Zn - в 11 раз, РЬ - в 10 раз и Со - в 2 раза, кларки для растений которых составляют, соответственно, 10000, 90, 10 и 15 мг/кг. Содержание
остальных шести химических элементов в торфе было ниже их кларка для растений. Торф в нарушенные почвы вносили в соотношении почва : торф — 4 : 1. В качестве эталона использовали органогенный слой толщиной 0—10 см торфяно-глеезема типичного тундрового с зольностью 39%. Из гидрофизической характеристики исследуемых образцов почв и торфа следует, что самой низкой плотностью (объемной массой) и, соответственно, самой высокой капиллярной и полной влагоемко-стью обладают торфяно-глеезем типичный тундровый и торф (табл. 1). Для экспрессной оценки эффективности рекультивации нарушенных почв образцы массой 50 г исходных почв и чистого торфа, а также почв после добавления торфа, увлажненные до 70% от полной влагоемкости, инкубировали в чашках Петри в термостате при температуре 30°С. На 5, 10, 20 и 30 сут анализировали активность дегидрогеназы образцов по методике [7], по которой для количественного определения активности этого фермента используют 2,3,5-трифенилтетразо-лийхлорид (C19H15N4Cl, бесцветное вещество), который, акцептируя мобилизованный дегидро-геназой водород, превращается в почве (торфе) в 2,3,5-трифенилформазан (C19H16N4, вещество красного цвета), экстрагируемый этиловым спиртом:
C19H15N4Cl + H2 ^ C,9H,6N4 + HCl.
19 16 4
Интенсивность окрашивания спиртовых вытяжек из почвы и торфа измеряли спектрофотометром при длине волны 490 нм. Активность дегидрогеназы выражали в мкг 2,3,5-три-фенилформазана/(г • сут). Статистическую обработку результатов анализа осуществляли при доверительном интервале для средних значений показателей различных вариантов опыта, рассчитываемых при уровне значимости Р1 = 0.05.
Данные табл. 2 показывают, что в течение всего периода наблюдения добавление торфа существенно повышало активность дегидрогеназы нарушенной почвы без растительности и особенно почвы с растительностью соответственно на 1123% и 29-52% относительно почв без добавления торфа, что подтверждает высокую эффективность рекультивации посредством торфа нарушенных почв. Активность дегидрогеназы чистого торфа не только достигала соответствующей ак-
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ТОРФА ДЛЯ РЕКУЛЬТИВАЦИИ НАРУШЕННЫХ ПОЧВ
59
Таблица 2. Динамика активности фермента дегидрогеназы почв и торфа
Образец
Активность дегидрогеназы (в % от активности торфяно-глеезема типичного тундрового) на сутки от начала эксперимента по рекультивации
5 10 20 30
Торф 128.5 100 96.7 101.2
Нарушенная почва без растительности 9.2 6.7 7.6 5.9
То же + торф, 4 : 1 (почва : торф) 32.6 23.9 19.0 23.7
Нарушенная почва с растительностью 18.6 13.6 15.1 11.9
То же + торф, 4 : 1 (почва : торф) 70.5 58.6 59.9 41.0
тивности торфяно-глеезема типичного тундрового, взятого в качестве эталона, но и в первые 5 сут была выше на 29%.
Доказательством адекватности использования активности дегидрогеназы для экспрессной оценки эффективности рекультивации посредством торфа нарушенных почв послужили результаты корреляционного и регрессионного анализов экспериментальных данных. Так, расчет коэффициента корреляции (г), указывающего на направление и степень сопряженности в изменчивости признаков, показал наличие сильных корреляционных зависимостей между плотностью (объемной массой) образцов и активностью их дегидрогеназы (г = —0.95), капиллярной влагоемкостью образцов и активностью их дегидрогеназы (г = 0.95), а также полной влаго-емкостью образцов и активностью их дегидроге-назы (г = 0.95). Соответствующие формулы корреляционной зависимости, т.е. уравнения линейной регрессии, позволяющие судить о том, как количественно меняется результативный признак y при изменении факториального х на единицу измерения, а также результаты расчета усредненных теоретических значений у для экстремальных величин х (взятых из табл. 1) представлены в табл. 3. Как оказалось, чем меньше плотность (объемная масса) и соответственно больше капиллярная и полная влагоемкость, обусловленные в основном органической составляющей образцов, тем выше активн
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.