1. Введение

Охрана окружающей среды, законодательно регулируемая практически во всех странах мира, в том числе и Российской Федерации, может осуществляться только при получении достоверной и полной информации о состоянии объектов окружающей среды и изучении динамики изменения их состояния [1], [2].

Экологическая оценка состояния почвенного покрова имеет особенно важное значение, так как именно почва аккумулирует загрязняющие соединения и токсиканты. Дальнейший их перенос в воздух и в воду происходит за счет круговорота веществ в природе. В целом устойчивость экологической системы к антропогенному загрязняющему фактору определяется преимущественно почвенным покровом [3], [4].

Исследования, направленные на выявление уровня загрязнения почвенного покрова территорий, испытывающих техногенное влияние, а также разработка путей решения проблем загрязнения почв, имеют особую актуальность [5], [6], [7].

При эколого-аналитической оценке состояния почвенного покрова важно определить ее кислотно-основные характеристики и содержание определенного перечня загрязнителей, включающего, как правило, ряд тяжелых металлов и некоторые органические соединения. Данные показатели позволяют оценить степень техногенного воздействия и уровень деградации почв [8], [9].

2. Методы и принципы исследования

Данная работа посвящена исследованию кислотно-основных характеристик и накопления тяжелых металлов и нефтепродуктов в почве на территории Исламгуловского месторождения нефти Республики Башкортостан, испытывающей техногенное воздействие процесса нефтедобычи.

Исламгуловское месторождение расположено в Миякинском районе Республики Башкортостан по координатам 53.4000032, 54.664478 в Волго-Уральской нефтегазоносной провинции. Оператором месторождения, владеющим лицензией на право разработки и добычи является компания Башнефть

[10]

Для отбора проб почвы выбраны 4 азимутальных направления от месторождения нефти в зонах радиусом 0-3 км, площадь исследования составила около 30 кв.км. Для определения условного фонового уровня выбрана местность естественного ландшафта в 25 км к северо-востоку от начальной точки исследования.

Пробоотбор и пробоподготовка производились в июне-июле 2023 года согласно требованиям соответствующих регламентирующих документов

[11][13]

Кислотно-основные свойства почвы определялись согласно стандартизированной методики, утвержденной ЦИНАО. Измерения значений водородного показателя проведены на pH-метре ИТ рН-150МИ

[14]

Валовое содержание тяжелых металлов и концентрации их подвижных форм определены методом атомно-абсорбционной спектроскопии в соответствии с методиками, утвержденными ЦИНАО на приборе Квант-Z-Эта

[15]

Определение массовой концентрации нефтепродуктов в пробах почвы проводили гравиметрическим методом в соответствии с ПНД Ф 16.1.41-04

[16]

Для всех измерений допускаемые отклонения от среднего арифметического результатов повторных анализов при выборочном статистическом контроле определены при вероятности Р = 0,95

[17]

Лабораторные анализы выполнены в лаборатории экологического мониторинга и физико-химического анализа объектов окружающей среды Уфимского университета науки и технологий.

3. Основные результаты и их обсуждение

Водородный показатель анализируемых образцов почв имеет тенденцию к смещению в слабощелочную среду. Распределение образцов, дифференциально отобранных на исследуемой территории, имеющих диапазон значений рН в интервале от 6,62 до 7,71 (таблица 1), свидетельствует о повышенной техногенной нагрузке на почву, так как для почв данного района характерно фоновое значение рН от 4,02 до 6,62 при среднем значении рН = 5,5 [18].

Переход водородного показателя почвы на исследованной территории в область слабощелочной среды вероятнее всего вызвано попаданием в почву технической пыли с преимущественно щелочной средой (растворы, используемые при нефтедобыче, цемент и др.), вызывающей образование основных (карбонатных) буферов.

Кислотно-основная буферная емкость обуславливает экологические функции почвенного покрова, поддерживая постоянство почвенной экосистемы при влиянии внешних факторов. Для её определения проводилась оценка изменения реакции почвенных образцов при прибавлении раствора соляной кислоты или щелочи. Количественной характеристикой являлось количество ммоль ионов Н+Missing Mark : sup и ОН-Missing Mark : sup, требуемых до достижения рН почвенной суспензии 3,5 и 8,5 в пересчете на 1 кг почвы. Предельные показатели рН (3,5 и 8,5), характерные для деградированных почв, взяты из литературных данных

[19]

По результатам определения кислотной буферной емкости (таблица 2) установлено, что в почвенном покрове зоны нефтедобычи наблюдается высокая буферная емкость, где количество HCl, ушедшее на изменение рН почвенной суспензии до 3,5, доходило до значения 145 ммоль/кг. Нейтрализация происходила активно в диапазоне рН 5,0-7,5.

В почве естественного ландшафта наблюдается меньшая кислотная буферная емкость, на уровне поглощения 75 ммоль H+Missing Mark : sup/кг. В основном поглощение ионов Н+Missing Mark : sup происходит в области рН 1,0-3,0.

Результаты исследований щелочной буферной емкости почвы коррелируют с результатами, полученными при кислотном воздействии, что объясняется одинаковым механизмом нейтрализации щелочного и кислотного действия почвенным буфером. Исходная высокая кислотность почвы обуславливает повышенное буферное противодействие подщелачиванию. Для достижения критического значения рН ≥ 8,5 для почвы образцов зоны нефтедобычи требуется до 110 ммоль ОН-Missing Mark : sup/кг; преимущественное поглощение гидроксильных ионов приходится на диапазон рН 7,0-10,0; в зоне естественного ландшафта – до 33 и 15 ммоль ОН-Missing Mark : sup/кг в соответствующих слоях; преимущественное поглощение ионов ОН- Missing Mark : supв диапазоне рН 9,0-13,0.

Территории промышленных и добывающих зон претерпевают существенные изменения концентраций ионов тяжелых металлов в почвенном слое и водах (включая придонные отложения). Основная тенденция трансформации геохимической обстановки – это аккумуляция и миграция элементов, обусловленная естественными и антропогенными факторами. Самым неблагоприятным фактором накопления тяжелых металлов является техногенное загрязнение за счет деятельности различных отраслей производства, включая добычу природных ресурсов.

Нами определены показатели валового содержания и концентрации подвижных форм (таблица 3) наиболее опасных тяжелых металлов (Pb, Cd, Zn, Cu, Ni, Cr), предельные уровни содержания которых нормируются СанПиН 1.2.3685-21 и контролируется Росгидрометом в Российской Федерации, в том числе и Республике Башкортостан [7], [20].

Свинец. В образцах исследуемой почвы наблюдается повышенное содержание свинца (как валовое, так и подвижных форм), превышающее ПДК(Pb) практически в 2 раза, в том числе с учетом фонового уровня почвенных форм свинца, характерных для естественных почв исследуемого региона. Доля подвижных форм относительно валового содержания составляет порядка 25%.

Кадмий. В образцах исследуемой почвы не наблюдается значительного повышения содержания кадмия (как валовое, так и подвижных форм), превышающее ОДК(Cd), как с учетом, так и без учета фонового уровня почвенных форм кадмия, характерных для естественных почв исследуемого региона. Оценка подвижности кадмия неактуальна, так как при текущих концентрациях, его подвижные формы не создают экологической опасности.

Цинк. В образцах исследуемой почвы обнаружено значительное содержание цинка (как валовое, так и подвижных форм), превышающее ПДК(Zn) более чем в 1,7 раза, даже с учетом фонового уровня почвенных форм цинка, характерных для естественных почв исследуемого региона. Концентрации подвижных форм цинка превышают ПДК более чем в 3 раза в обоих слоях почвы. В образцах почв естественного ландшафта содержание валовое и подвижных форм цинка имеет незначительный уровень и в несколько раз меньше норм ПДК.

Медь. В отдельных пробах почвы исследуемой территории обнаружено значительное содержание меди (как валовое, так и подвижных форм), превышающее ПДК(Cu), с учетом фонового уровня почвенных форм меди, характерных для естественных почв исследуемого региона. Относительный уровень подвижности меди, составляющий 5-15%, подтверждает наличие антропогенного влияния, а также переход соединений в малоподвижные формы. Почва зоны естественного ландшафта содержит низкие концентрации меди, характерные для данного региона. Как валовое содержание, так и подвижные формы обнаружены в количествах существенно ниже норм ПДК.

Никель. В почвах исследуемой территории нельзя выделить никель как приоритетный загрязнитель, несмотря на то, что в отдельных пробах почвы обнаружено превышение содержания никеля (как валовое, так и подвижных форм) относительно ОДК(Ni) более чем в 1,5 раза, с учетом фонового уровня почвенных форм никеля, характерных для естественных почв исследуемого региона. Подвижных форм содержится значительно меньше, загрязнение никелем в почвах изученной территории можно считать незначительным.

Хром. При анализе результатов исследований по содержанию хрома в образцах почвы необходимо отметить, что нормативы валового содержания хрома достаточно высокие ПДК (Cr) 100 мг/кг, для подвижных форм принята ПДК (Cr) 6,0 мг/кг. В исследуемых образцах почвы валовое содержание и концентрации подвижных форм хрома в несколько раз ниже норм ПДК. В целом можно утверждать, что загрязнение хромом отсутствует.

При постоянном поступлении нефтепродуктов на поверхность почвы и тем более при аварийных разливах возникает значительная степень загрязнения почв. Токсическое действие нефтепродуктов зависит от их химического состава. В Российской Федерации отсутствует норма или ПДК содержания нефтепродуктов в почве, однако существуют примерные показатели, на которые мы ориентировались при оценке загрязненности почвы нефтепродуктами

[7][21][22]

В образцах проб почвы зоны нефтедобычи обнаружены нефтепродукты в количестве 1790 ± 140 мг/кг, в образцах проб естественного ландшафта – 96 ± 10 мг/кг. Полученные концентрации нефтепродуктов можно отнести к умеренно опасному загрязнению почв для зоны нефтедобычи и фоновому уровню – для зоны естественного ландшафта. Можно констатировать, что загрязнение нефтью и нефтепродуктами территорий станков-качалок происходит по локальному механизму, то есть накопительным эффектом, без аварий и разливов.

4. Заключение

Водородный показатель анализируемых образцов почв имеет тенденцию к смещению в слабощелочную среду, что свидетельствует о повышенной техногенной нагрузке на почву. Исследования буферной емкости также показали повышенное загрязнение почвы, вызывающее ее подщелачивание.

Уровень накопления отдельных тяжелых металлов в почвенном покрове до слоя глубиной 20 см убывает в ряду: Zn > Pb > Cu > Ni > Cd > Cr. Наибольшая интенсивность загрязнения обнаружена в почвах, испытывающих влияние нефтедобывающей отрасли, а в почве естественного ландшафта содержание рассматриваемых элементов ниже в несколько раз (в основном не превышает нормы ПДК и ОДК).

За пределами зоны техногенного воздействия валовое содержание и концентрации подвижных форм данных элементов существенно падает, что позволяет утверждать, что аэральный разброс металлических загрязнителей незначительное, и обусловлено их присутствием в мелкодисперсной фракции, оседающей на небольшом расстоянии от источника загрязнения.

Установлено умеренно опасное загрязнение почв для зоны нефтедобычи, по локальному механизму, без аварий и разливов.

The additional file for this article can be found as follows: