Спосіб біологічної рекультивації нафтозабруднених грунтів

Спосіб біологічної рекультивації нафтозабруднених грунтів, який передбачає обробку грунтів рихленням, внесенням органо-мінеральних добрив та вирощування багаторічних трав, відрізняється тим, що додатково вноситься суміш з гіпсу та вапна з розрахунку 1 т/га, яку заорюють на глибину 20-30 см та доводять ущільнення цього шару до 1,25-1,30 г/см3, а посів сільськогосподарських рослин здійснюють відразу у верхньому удобреному органо-мінеральними добривами шарі з ущільненням 1,00-1,10 г/см3. (19) (21) 2000063272 (22) 06.06.2000 (24) 15.05.2001 (33) UA (46) 15.05.2001, Бюл. № 4, 2001 р. (72) Білоненко Георгій Михайлович, Фатєєв Анатолій Іванович, Фесенко Микола Миколайович, Коваленко Віктор Іванович, Плахетко Ігор Васильович (73) Інститут грунтознавства та агрохімії ім. О.Н. Соколовського УААН 38191 грунті за допомогою дренажного прошарку, гною та кальційвмісних сполук), яка спрямована на максимальне зменшення забруднення грунтів нафтою та нафтопродуктами і подальшому вирощуванню різних сільськогосподарських культур. Для корінного підвищення родючості техногенне забруднених грунтів і можливості вирощування різних сільськогосподарських культур, на підготовлену ділянку, по-пepшe, вноситься незабруднений грунт, який складується при проведенні різних будівельних споруд, автошляхів, а також при різних бурових роботах. Після цього вноситься суміш із кальційвмісних сполук, яка складається із гіпсу та вапна з розрахунку 1 т/га меліоранту. Треба відмітити, що кальційвмісна суміш вноситься на всіх без винятку грунтах незалежно від їх фізикохімічних властивостей, тобто і на грунтах з добрими агрохімічними властивостями, наприклад, чорноземах типових . Після такого приготування грунт обробляється таким чином, щоб на двадцятисантиметровій глибині утворився ущільнений грунт (в межах 1,251,30 г/см3), а у верхньому шарі було оптимальне ущільнення (в межах 1,00-1,10 г/см3). Такий обробіток проводиться з метою створення оптимальних умов для посадкового матеріалу (насіння та ін.), підвищення волого- та повітряпроникності, забезпечення швидкого росту і високої активності кореневої системи, доброго заорювання хімічних меліорантів, збереження і накопичення максимальної кількості вологи, підвищення міцності кореневмісного шару, куди добре потрапляє волога не тільки із атмосфери (гравітаційна волога), але й при необхідності (в посушливі роки) по капілярам поступово потрапляє в зону розташування основної маси коренів рослин. При проведенні рекультиваційних робіт і підготовки грунтів для сільськогосподарського їх використання застосовуються існуючі машини і механізми (плуги, котки, фрезерні знаряддя, борони та ін.). Спочатку проводиться прикочування завезених незабруднених грунтів (до ущільнення 1,251,30 г/см3) за допомогою кільчасто-шпорових або плоских котків, наприклад, ЗККШ-6, КЗК-10, СКГ2,2 та ін. Після такого технічного прийому автотранспортом знову підвозиться чистий грунт. Він рівномірно розподіляється по всьому периметру робочої ділянки й одноразово розпушується гольчатими боронами або культиваторами (наприклад, КПС-4) в агрегаті з легкими боронами. Спосіб економічно вигідний, так як для свого здійснення не потребує виготовлення нових механізмів і технологічного обладнання, а також специфічних меліорантів. Після виконання технічної рекультивації грунтів, яка забезпечує відновлення їх родючості, проводяться роботи по застосуванню біологічної рекультивації грунтів для вирощування різних сільськогосподарських культур. Технологічна послідовність виробництва робіт, яку необхідно застосовувати при проведенні біологічної рекультивації грунтів, полягає в такому. Приклад 1. На підготовлену ділянку підвозиться за допомогою автотранспорту (КрАЗ-256В) чистий грунт, який розкидається в шаховому порядку (товщина грунтового прошарку повинна бути в за лежності від типу зонального грунту). Розрівнювання грунту проводиться бульдозерами (Д-522) або грейдерними машинами (Д-705) та прикочується кільчато-шпоровими котками (ЗККШ-6А) за 2-3 проходи до об'ємної маси 1,25-1,30 г/см3. Потім на грунт наносяться кальційвмісні сполуки (гіпс, вапно) із розрахунку 1,0 т/га (0,5 т гіпсу + 0,5 т вапна). Для цього попередньо змішані за допомогою змішувача-навантажувача СЗУ-20 кальційвмісні сполуки транспортуються до рекультивованої ділянки за допомогою автотранспорту (КрАЗ-256В) і поверхнево вносяться на ділянку розкидувачами (РУМ-8). Після такої підготовки проводиться заорювання на глибину 20-30 см за допомогою фрезерних (ротаційних) грунтообробних машин (ФБН0,9) за 2 проходи (об'ємна маса грунту в межах 1,00-1,10 г/см3). Після цього проводиться боронування по всій рекультивованій території (ділянки) в два сліда за допомогою гольчастих або тракторних борін типу "зигзаг". Роботи по суцільній культивації грунтів на глибину 5 см проводяться за допомогою існуючих культиваторів КПН-4. Передпосівний обробіток проводять на глибину 4-5 см культиваторами УСМК-5,4А в агрегаті з райборінками. В залежності від грунтово-кліматичних умов, агрохімічних і фізико-хімічних показників грунтів в кожному господарстві можливо використовувати органо-мінеральні добрива, які прийняті в даній зоні (в залежності від типу грунту, кліматичних умов та ін.) при вирощуванні різних сільськогосподарських культур. Після такої підготовки проводяться роботи по посіву багаторічних трав або інших сільськогосподарських культур. Приклад 2. Для визначення ступеню проростання і вегетації рослин у мікропольовому досліді, а також на спеціально створених модельних установках (h=2,0 м; d=0,5 м) проводились фенологічні, агрохімічні, а також різні фізико-хімічні та колоїдно-хімічні дослідження, які показали високу ефективність розробленого способу в порівнянні з існуючими. Урожайність різних сільськогосподарських культур у залежності від застосованих прийомів приведена в табл. 1. У вегетаційних, модельних і польових дослідженнях використовували конюшину лучну двоукосну-багаторічну перехресно-запильну (ентомофільну) бобову рослину, яка вирощується на всій території України. Встановлено, що на варіанті, де була запропонована одна біологічна рекультивація (прототип), рослини хоча і зійшли, але зразу ж загинули. В той час, як за запропонованим способом (біологічна рекультивація була проведена після технічної рекультивації, яка включала роз'єднання капілярної кайми в грунті за допомогою дренажного прошарку - піску, гною і кальційвмісних речовин), урожайність багаторічних трав була найвищою -270 ц/га (1993 р.) і 320 ц/га (1994 р.). Треба відмітити, що і в наступні роки (1995-1997 pp.) врожайність різних сільськогосподарських культур (ячмінь, горохо-вівсяна суміш, кукурудза на з/к) не тільки не зменшується, а й дещо збільшується в порівнянні з контрольними варіантами (грунт незабруднений - фон). Це свідчить про високу ефективність розробленого способу (табл. 1). В таблиці 2 наведені деякі дані по вивченню фізичних і фізико-хімічних властивостей грунтів 2 38191 вивчаючих варіантів. Встановлено, що при впровадженні у виробництво однієї біологічної рекультивації (варіант - прототип) активність кальцію значно зменшується в той час, як на контрольному варіанті (грунт незабруднений) та запропонованому ці показники дуже високі (3,72-6,20 мекв/л). Розроблена нами технологія основана перш за все на тому, що в будь-які грунти (легкі, важкі за гранулометричним складом) вносяться кальційвмісні сполуки, які виконують ряд важливих функцій. Внесений кальцій позитивно впливає на хімічні, фізичні й біологічні властивості. Він перешкоджає вилуговуванню грунтово-поглинального комплексу і його руйнуванню, вимиванню глинистої й колоїдної фракцій, від яких залежить перерозподіл колоїдів і зміна будови всього профілю грунту. Крім того, гумус, який утворюється в багатому на кальцій грунті, відрізняється високою якістю та стійкістю до мікробіологічного розкладу. По-друге, внесення кальційвмісних сполук разом із прийнятою технологією обробітку грунту, при якій на 20-30 см глибині утворюється дещо ущільнений прошарок, а вище, в верхньому шарі оптимальний, у значній мірі поліпшує його фізичні властивості й, в першу чергу, структуру. Грунт стає пухким і краще кришиться, завдяки цьому підвищується і його водопроникність. Розроблений спосіб призводить до незначної диференціації орного шару, при якій об'ємна маса є оптимальною (1,08 г/см3) у верхньому 0-20 см шарі й одночасно дещо збільшується (1,30 г/см3) в нижньому (20-30 см). Як результат, зменшується випаровування вологи і, в той же час, вона по капілярах поступово підтягується з нижніх горизонтів у зону розташування основної маси кореневих систем (найбільш необхідну зону живлення рослин), а це важлива умова для одержання високих і сталих врожаїв (табл.2). При цьому питома поверхня значно зменшується (42,5-51,2 м2/г) у варіанті, де була проведена одна біологічна рекультивація (прототип), і в той же час, підвищується в запропонованому варіанті (55,6-99,1 м2/г). Все це свідчить про те, що складність процесів грунтової динаміки тісно пов'язана з якістю та кількістю колоїдних часток, Ступінь дисперсності останніх відіграє не меншу роль, ніж хімічний склад, бо з ним; як відомо, зв'язаний запас енергії, а разом і динамічність усієї системи (табл. 2). В таблиці 3 наведені дані за фізичними, фізико-хімічними показниками у варіантах, що вивчаються. Встановлено, що кількість найбільш реакційно здатних електронегативних часток значно зменшується (до 21,1-23,0 г/100 г грунту) у варіанті прототипу, в той час, як у контрольному і запропонованому варіантах їх кількість коливається в межах 30,0-33,8 г/100 г грунту. В забруднених грунтах (прототип) кількість бітумінозних речовин досягає 6,0-6,6% (за рахунок нафтопродуктів і бурових розчинів), що значно перевищує гранично допустимі концентрації. Таким чином, незначна питома поверхня (42,5-51,2 м2/г) і невелика кількість електронегативних часток (21,1-23,0 г/100 г грунту) створює малий запас поверхневої енергії й значно зменшує гідрофільність всієї фунтової системи (прототип). Встановлено, що на варіантах, де запропоновано розроблений спосіб, вологість в ор ному шарі коливається в межах 29,5-35,8%, а на контрольних варіантах (звичайний спосіб) вона дорівнює 18,0-19,1%. Це свідчить про те, що запропонований спосіб дозволяє активно акумулювати опади у верхньому шарі грунту і мати добру вологозарядку; що дозволяє одержувати дружні й повні сходи різних сільськогосподарських культур. У варіанті, де була запропонована одна біологічна рекультивація (прототип), спостерігається значна гідрофобність грунтів (низька питома поверхня, знижена кількість електронегативних часток), що свідчить і про незначну вологість по всьому профілю грунту -16,6-17,5% (табл.3). Аналіз сольового складу грунтів, що вивчаються, наведено в таблиці 4. Встановлено, що у варіанті, де була проведена одна біологічна рекультивація (прототип), значно підвищується кількість водорозчинних солей (хлор, натрій та ін.), а також рН до 8,1 за рахунок внесених бурових розчинів та інших промислових стоків. Проведена біологічна рекультивація не може бути запропонована для відродження родючості грунтів на дуже забруднених масивах. В контрольному варіанті, а також запропонованому, кількість водорозчинних солей незначна і склад їх однотипний, переважають іони НСО3- і Са2+. Будь-яких значних змін у кількості солей під впливом запропонованого методу (за виключенням незначного підвищення іонів кальцію) не спостерігалось, що створює оптимальні умови для вирощування різних сільськогосподарських рослин. В таблиці 5 наведені дані по вивченню кількості іонів важких металів та їх токсичності у варіантах, що вивчаються. Встановлено, що у варіанті прототипу кількість іонів важких металів помітно підвищується (наприклад, свинець, хром, цинк та ін.) і перевищує гранично допустимі концентрації (ГДК), що значно погіршує мікробіологічну діяльність у грунті, викликає токсичність і знижує надходження поживних речовин до рослин. Таким чином, у дуже забруднених грунтах, де велика кількість бітумінозних речовин, а також різних важких металів (прототип), спостерігається коагуляція глинистих і колоїдних часток (помітне зниження кількості електронегативних колоїдів) у всій грунтовій масі, що приводить до ущільнення грунтів та їх гідрофобізації. За даними аналізу вмісту іонів важких металів в контрольному і запропонованому варіантах не виходить за межі ГДК, що свідчить про нормальний поживний режим, який є необхідним при вирощуванні різних сільськогосподарських культур. Таким чином, нами розроблена оригінальна технологія відродження родючості забруднених грунтів, яка дозволяє поліпшити водно-фізичні, фізико-хімічні й колоїдно-хімічні властивості орних грунтів, що, в свою чергу, в значній мірі підвищує запас вологи у верхніх горизонтах і рослини можуть повністю використовувати всю доступну вологу в різні фази їх росту. Розроблена нами технологія сприяє оптимальному вирощуванню й одержанню екологічно чистих врожаїв різних сільськогосподарських культур. Ефективність запропонованого способу в порівнянні з відомими методами полягає в такому: 3 38191 - він ефективний при будь-якому забрудненні грунтів техногенними вибросами; - дозволяє значно підвищити запаси вологи (у 1,5-2,0 рази) і оптимально їх використовувати протягом всього вегетаційного періоду; - дозволяє покращити і збільшити вбирну здатність колоїдного комплексу грунту та їх агрономічні властивості - оптимальне рН, збільшення питомої поверхні, покращення водно-повітряного режиму та ін.; - не потребує розробки нових машин і механізмів та застосування дорогих і дефіцитних меліорантів. Розроблений спосіб дозволяє максимально знизити термін рекультивації й не розтягувати процес на декілька сезонів, у результаті чого можливе вирощування в перший рік експлуатації різних сільськогосподарських культур (багаторічні трави, зернові та ін.). Спосіб відповідає всім вимогам охорони навколишнього середовища і дозволяє одержувати сталі врожаї різних сільськогосподарських культур не нижче, ніж на зональних грунтах. Використана література: 1 .Научно-методические рекомендации по рекультивации нарушенных земель в Украинской ССР. Киев, 1981. с.28. 2. Восстановление нефтезагрязнённых почвенных экосистем. М. "Наука" 1988. с. 159. 4 5 Запропонований – (після технічної рекультивації проведена біологічна рекультивація) Прототип – (проведена біологічна рекультивація забруднених грунтів буровими розчинами та нафтопродуктами) Грунт незабруднений – (чорнозем типовий середньосуглинковий малогумусний) – фон Варіанти 270 Рослини зійшли і загинули 220 Багаторічні трави (конюшина), з/м 1993 320 Рослини зійшли і загинули 235 Багаторічні трави (конюшина), з/м 1994 27,6 Рослини зійшли і загинули 21,5 ячмінь 1995 310,0 Рослини зійшли і загинули 185,5 Гороховівсяна суміш на з/к 1996 Урожайність по роках, ц/га 415,0 Рослини зійшли і загинули 312,0 Кукурудза на зелений корм 1997 Таблиця 1 38191 6 Запропонований – (після технічної рекультивації проведена біологічна рекультивація) Прототип – (проведена біологічна рекультивація забруднених грунтів буровими розчинами та нафтопродуктами) Грунт незабруднений – (чорнозем типовий середньосуглинковий малогумусний) – фон Варіанти 0-20 20-40 0-20 20-40 0-20 20-40 Глибина, см 0,000295 0,000310 0,000280 0,000425 0,000245 0,000186 моль/л 5,90 6,20 0,56 0,85 4,90 3,72 мекв/л Активність кальцію 1,08 1,30 1,38 1,46 1,27 1,29 г/см3 Об’ємна маса /г 95,6 99,1 42,5 51,2 80,5 81,6 м2 Питома поверхня Таблиця 2 38191 7 Запропонований – (після технічної рекультивації проведена біологічна рекультивація) Прототип – (проведена біологічна рекультивація забруднених грунтів буровими розчинами та нафтопродуктами) Грунт незабруднений – (чорнозем типовий середньосуглинковий малогумусний) – фон Варіанти 0-20 20-40 0-20 20-40 0-20 20-40 Глибина, см 6,0 6,6 Кількість бітуміноїдів, % 43,21 44,54 40,65 42,18 41,52 42,16 Кількість физичної глини (часток