Способ биологической рекультивации песчаных земель, загрязненных нефтью в зонах пустынь и полупустынь

 

Изобретение относится к охране окружающей среды, в частности к биологической рекультивации песчаных земель, загрязненных нефтью в зонах пустынь и полупустынь, и может быть использовано в нефтяной промышленности и сельском хозяйстве для восстановления на нефтепромыслах лесомелиоративных пастбищ. Сущность изобретения заключается в том, что в способе для биологической рекультивации песчаных земель, загрязненных нефтью в различной степени - слабой, средней и сильной, включающем обработку земли, рекультивацию осуществляют поэтапно в течение 3 лет, в первый год обработку земли проводят путем рыхления на глубину 22-25 см, затем - чизеливание на такую же глубину с последующим снегозадержанием, на второй год осуществляют фитомелиоративные мероприятия в виде посадки кустарников и полукустарников, на третий год также высаживают кустарники и высевают травы, перед рыхлением осуществляют нанесение на поверхность земли сорбентов, после нанесения сорбентов чизеливание осуществляют ежемесячно до октября. 2 з.п. ф-лы, 1 табл.

Изобретение относится к охране окружающей среды, в частности к биологической рекультивации песчаных земель, загрязненных нефтью в зонах пустынь и полупустынь, и может быть использовано в нефтяной промышленности в сельском хозяйстве для восстановления на нефтепромысловых лесомелиоративных пастбищ.

Известен способ закрепления подвижных песков (авт. св. N 279224), включающий нанесение на поверхность участка в качестве связывающего вещества определенных доз нэрозина с последующим высевом семян псаммофитов. Однако высокая стоимость нэрозина, применение авиации для его нанесения, а также способность к затвердеванию при пониженных температурах создают неудобства при его использовании, кроме того, этот способ не решает другую сторону проблемы, а именно очистку песчаных земель от загрязнения нефтью.

Известен также способ закрепления подвижных песков (авт. св. N 417102), включающий нанесение на поверхность участка в качестве связывающего вещества определенных доз более дешевой арланской нефти с последующим посевом семян растений. Однако применение авиации для нанесения нефти делает способ все-таки с высокой себестоимостью. Кроме того, этот способ неприемлем на нефтепромыслах, где существует проблема очистки песчаных земель от чрезмерного загрязнения других нефтей, которое негативно влияет на произрастание растений. Наиболее близким к предлагаемому решению является способ биологической рекультивации земель в степной и лесостепной зонах. РД 39-30-925-83. Министерство нефтяной промышленности ВНИИСПТнефть. Методические указания по биологической рекультивации земель, нарушенных при сборе, подготовке и транспортированию нефти 1984 г. Утвержден приказом Министерства нефтяной промышленности от 17.11.83 N 616 на срок до 1.01.89. Способ включает химическую мелиорацию почв, агротехнические указания по сохранению влаги в почве, внесение органических и минеральных удобрений, посев многолетних трав с нормами высева семян. Однако данный способ рекомендуется для степной и сухостепной зон на преобладающих темно-каштановых и лугово-каштановых почвах и не может быть применен для очистки песчаных почв от нефти.

Технической задачей предлагаемого изобретения является более эффективная и ускоренная биологическая деградация углеводородов и закрепление песков на нефтепромысловых.

Поставленная техническая задача решается за счет того, что в способе биологической рекультивации песчаных земель, загрязненных нефтью в зонах пустынь и полупустынь, включающем обработку земли, рекультивацию осуществляют поэтапно в течение 3 лет, и в первый год обработку земли проводят путем рыхления на глубину 22-25 см, затем чизеливание на такую же глубину с последующим снегозадержанием, на второй год осуществляют фитомелиоративные мероприятия в виде посадки кустарников и полукустарников, на третий год также высаживают кустарники и полукустарники и высеивают травы, перед рыхлением осуществляют нанесение на поверхность земли сорбентов, после нанесения сорбентов чизеливание осуществляют ежемесячно до октября.

Данный способ поясняется технологической схемой, отражающей сущность изобретения, выполненной в виде таблиц.

Способ осуществляется следующим образом. Непосредственно после аварийного разлива нефть ликвидируется с поверхности песчаных земель при помощи спецтехники, сорбентов и насосов. На загрязненных нефтепромыслах песчаные земли в виде подвижных песков представлены в основном очагами дефляции (на скважинах участки в пределах 1 га, по нефтепроводам в пределах 2-3 га), в которых происходит вынос ветром продуктов разрушения почвогрунта. Очаги дефляции могут располагаться в очагах опустынивания (участки площадью до 100 га, в пределах которых наблюдается как вынос, так и отложение перевеваемого материала) различных эколого-морфологических областей на песчаных землях пастбищ, относящихся к различным лесомелиоративным категориям и типам. Классификация Всероссийского НИИагролесомелиорации включает 3 области, 4 категории, 4 типа.

По эколого-морфологическим признакам песчаных земель выделяют следующие области : 1 - деструктивная, которая располагается в наветренной восточной части очага опустынивания и занимает до 30% общей площади, 2 - деструктивно-аккумулятивная, располагается в средней части очага и занимает до 55% его площади, 3 - аккумулятивная, формируется в западной части очага при засыпании песком естественного травостоя на зональной полнопрофильной почве. В зависимости от степени загрязнения песчаных земель применяют определенную технологическую последовательность агротехнических, фитомелиоративных мероприятий, их последовательность во времени и временам года, посадку кустарников и полукустарников для закрепления подвижных песков и посев ценных кормовых трав с учетом различных лесомелиоративных категорий и типов пастбищ.

При загрязнении песчаных земель нефтью с слабой степени - 3 л/м² в первый календарный год проводят рыхление на глубину 22 - 25 см сразу после загрязнения земель и после ликвидации нефти с поверхности земель, если работы начинаются зимой. Рыхление на глубину менее 22 см и более 25 см не будет оптимально обеспечивать процесс выветривания нефти, испарение, частичное разрушение легких фракций, фотоокисление нефтяных компонентов на поверхности земли, развитие нефтеокисляющих микроорганизмов. Через 2 месяца после рыхления, если работы начинаются весной и летом, через месяц, если работы начинается осенью и в июне, если работы начинаются зимой, проводят чизеливание на глубину 22 - 25 см. Чизеливание на глубину менее 22 см и более 25 см не будет оптимально обеспечивать улучшение водно-воздушного режима, восстановления микробиологических сообществ и частично почвенных животных. После чизеливания в течение зимы при наличии снега проводят снегозадержание.

Во второй календарный год осуществляют фитомелиоративные мероприятия по очистке земель с одновременным закреплением подвижных песков путем посадки кустарников и полукустарников типа джузгун безлистный, терескен серый, изень песчаный, тамариск ветвистый, лох узколистный, полынь белая, лебеда серая, карагана древовидная.

Выделяют четыре лесомелиоративные категории пастбищ, отличающиеся между собой по состоянию почвенного и растительного покрова : 1 - опустыненные территории с мелко- и среднебарханными песками и сильноразвеваемыми почвами, 2 - пастбища на среднеразвеваемых почвах, 3 - пастбища на почвах, податливых дефляции, 4 - пастбища на почвах, устойчивых против дефляции.

В пределах лесомелиоративных категорий выделяют лесомелиоративные типы пастбищ, отличающиеся между собой по обеспеченности создаваемых лесонасаждений и многолетних растений - фреатофитов физиологически доступной влагой, что определяется наличием дополнительных источников увлажнения - доступных, ограниченно доступных грунтовых вод и перераспределенных атмосферных осадков.

К лесомелиоративному типу "а" относят территории с пресными (минерализация менее 1 г/л) грунтовыми водами, залегающими на глубине не более 3 - 4 м (песчано-галечниковые отложения, однофазные крупнозернистые пески), 6 - 8 м (однофазные и слоистые мелкозернистые пылевые пески), 8 - 12 м (средне- и мелкозернистые с прослойками супеси и суглинка), 12 - 14 м (супеси, суглинки), если в зоне аэрации нет экранных (препятствующих нисходящему росту корней) горизонтов (солонцового, солевого и др.).

К лесомелиоративному типу "б" относят территории с ограниченно доступными грунтовыми водами с минерализацией, превышающей 1 г/л. Долговечность и таксационные показатели насаждений здесь снижаются по мере увеличения минерализации грунтовых вод, поскольку их рост сопровождается засолением ризосферы.

К лесомелиоративному типу "в" относят пологие склоны, потяжины, ложбины и другие площади, где возможно дополнительное увлажнение за счет поверхностного стока в районах с числом дней со снежным покровом не менее 80. Продуктивность и долговечность фитоценозов в этих условиях зависит от количества перераспределенных осадков.

К лесомелиоративному типу "г" относят все остальные разновидности пастбищных территорий, не имеющих дополнительных источников увлажнения. На этих площадях при среднегодовой сумме осадков менее 300 - 500 мм древесные насаждения лиственных пород быстро изреживаются и часто гибнут в возрасте 7 - 12 лет. То же происходит и с посадками кустарников при среднегодовой сумме осадков менее 200 - 250 мм.

На втором году биологической рекультивации песчаных земель в деструктивных областях посадку осуществляют только стандартными сеянцами кустарников и полукустарников ранней весной в марте - апреле, осенью в ноябре и ранней весной следующего года досаживают неприжившиеся сеянцы. Пескоукрепительные насаждения, составляющие противоэрозионную основу территории, закладывают рядами, ориентированными перпендикулярно направлению эрозионных ветров, ширина междурядий 6 - 8 м, расстояние между сеянцами 1,5 м. В деструктивно-аккумулятивных областях с учетом лесомелиоративных категорий и типов пастбищ насаждения кустарников и полукустарников закладывают путем посадки сеянцев и черенковых саженцев ранней весной в марте - апреле, осенью в ноябре и ранней весной следующего года досаживают неприжившиеся саженцы (растения). Насаждения закладывают рядами, ориентированными перпендикулярно направлению эрозионно-опасных ветров. Ширина междурядий 4 - 6 м, расстояние между растениями в ряду 1 - 1,5 м. В аккумулятивных областях с учетом лесомелиоративных категорий и типов пастбищ посадку осуществляют черенковыми саженцами путем глубокой посадки ранней весной в марте - апреле, осенью в ноябре и ранней весной следующего года досаживают неприжившиеся растения. Насаждения закладывают рядами, ориентированными перпендикулярно направлению эрозионно-опасных ветров. Ширина междурядий 4 - 6 мм, расстояние между растениями в ряду 1 - 1,5 м. Стабилизация песка достигается обычно при наличии к концу первой вегетации кустарника не менее 1 тыс. га живых кустов.

В третий календарный год биологической рекультивации песчаных земель ранней весной в марте - апреле во всех эколого-морфологических областях производят досадку неприжившихся кустарников и полукустарников с учетом различных лесомелиоративных категорий и типов пастбищ. Параллельно с досадкой кустарников и полукустарников и их междурядья для формирования продуктивных лесопастбищ производят посев ценных кормовых трав, например житняк сибирский, прутняк пырей сизый, донник и другие. В междурядьях кустарников почву готовят вспашкой лент шириной 3 м на глубину 27 - 30 см и дискованием. Чистые культуры кормовых трав следует чередовать между собой. Семена высевают зерно-травяными сеялками. Глубина заделки семян 1 - 2 см, норма высева злаков 15 - 20 кг/га, прутняка 8 - 10 кг/га, кияка 5 - 6 кг/га, остальных культивируемых видов - 8 - 12 кг/га.

При загрязнении земель в средней степени - 15 л/м² в первый календарный год проводят обработку земель сорбентами после загрязнения земель, затем проводят рыхление на глубину 22 - 25 см с последующим чизеливанием на глубину 22 - 25 см ежемесячно до октября при начале работ весной и летом, после рыхления при начале работ осенью и ежемесячно до октября, если работы начинаются зимой, затем проводят повторное рыхление на глубину 22 - 25 см в октябре.

Во второй календарный год производят посадку кустарников и полукустарников, в третий календарный год биологической рекультивации песчаных земель производят досадку кустарников и посев ценных кормовых трав.

При загрязнении земель в сильной степени - 30 л/м² в первый календарный год производят отработку земель сорбентами сразу после загрязнения земель с последующим рыхлением на глубину 22 - 25 см при начале работ весной и летом, в апреле - при начале работ зимой, затем проводят чизеливание на глубину 22 - 25 см ежемесячно до октября при начале работ весной и летом, после рыхления - при начале работ осенью, ежемесячно до октября при начале работ зимой, затем рыхлят на глубину 22 - 25 см, в октябре во второй год производят посадку кустарников и полукустарников, в третий год производят посадку кустарников и посев ценных кормовых трав. После проведения агротехнической обработки загрязненных земель в течение первого календарного года не происходит интенсивного формирования очагов дефляции. На этом этапе происходит интенсификация процессов физико-химической деградации углеводородов в почвогрунтах и удаление наиболее низкомолекулярных составляющих нефти - легколетучих и газообразных соединений. К концу первого года происходит биохимическое окисление остаточных нефтяных структур.

На втором календарном году высокие температуры зон и агротехнические мероприятия по посадке кустарников и полукустарников приводят к биохимическим превращениям метанонафтеновых и ароматических углеводородов и накоплению нафтеноароматической фракции в остаточной нефти, которая является источником питания для микроорганизмов. Корневые системы кустарников и полукустарников способствуют улучшению агрофизических свойств песчаных земель и интенсификации процесса биодеградации углеводородов. Всплеск микробиологической активности почвогрунтов к концу второго года падает заметно, численность групп микроорганизмов приближается к фоновым показателям, за исключением актиномицетов.

На третьем календарном году агротехнические и фитомелиоративные мероприятия обусловливают разрушение стойких к микробиологическим процессам полициклических ароматических углеводородов. С геоботанической точки зрения формирование травостоя и рост ценных кормовых растений происходит нормально, содержание в их биомассе 3,4 бензпирена не превышает ПДК. Подвижные пески очагов дефляции в достаточной степени закреплены растениями - фитомелиорантами.

На закрепленных кустарниками, полукустарниками и ценными кормовыми травами подвижных песках нефтепромыслов поселение естественной травянистой растительности начинается через 2 - 3 года после стабилизации основной массы песчаного субстрата. В золовой песчано-пылевой полосе под кустарниками и полукустарниками содержатся семена трав, создаются благоприятные условия для появления всходов и жизни растений. В покрове в первые годы преобладают овес песчаный, качим, скерда, желтушник, дурнишники колючий и обыкновенный, вейник наземный, а в последующие годы - эфемеры и эфемероиды.

Таким образом, период биологической рекультивации песчаных земель, загрязненных нефтью, составляет три года, однако эксплуатация лесопастбищ после этого периода не допускается, так как полный период формирования лесопастбищ на подвижных песках от посадки кустарников и полукустарников до начала регулируемого выпаса скота в деструктивных областях очагов опустынивания занимает 4 - 5 лет, в деструктивно-аккумулятивных - 5 - 7 лет, в аккумулятивных - 8 - 10 лет.

На основании вышеизложенного использование предлагаемого способа обеспечивает по сравнению с известными полный цикл очистки загрязненных нефтью песчаных земель, закрепление подвижных песков и восстановление на них лесомелиоративных пастбищ оптимально подобранным сочетанием агротехнических и фитомелиоративных мероприятий.

Формула изобретения

1. Способ биологической рекультивации песчаных земель, загрязненных нефтью в зонах пустынь и полупустынь, включающий обработку земли, отличающийся тем, что рекультивацию осуществляют поэтапно в течение 3 лет и в первый год обработку земли проводят путем рыхления на глубину 25 - 25 см, затем чизеливание на такую же глубину с последующим снегозадержанием, на второй год осуществляют фитомелиоративные мероприятия в виде посадок кустарников и полукустарников, на третий год также высаживают кустарники, полукустарники и высевают травы.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что перед рыхлением осуществляют нанесение на поверхность земли сорбентов.

3. Способ по п.2, отличающийся тем, что после нанесения сорбентов чизеливание осуществляют ежемесячно до октября.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10, Рисунок 11