СПОСОБ БИОХИМИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ РЕКУЛЬТИВАЦИИ НАРУШЕННЫХ И ЗАГРЯЗНЕННЫХ ТУНДРОВЫХ ПОЧВ Российский патент 2018 года по МПК B09C1/00 G01N33/24 

Изобретение относится к области охраны окружающей среды на территориях функционирования объектов газовой промышленности и может быть использовано при биохимическом контроле эффективности рекультивации нарушенных и/или загрязненных тундровых почв. Здесь под нарушенными почвами понимаются почвы с отсутствием верхнего плодородного слоя вследствие механического воздействия на почвенно-растительный покров при проезде техники, связанной с осуществлением геологоразведки, бурением скважин и обустройством промыслов в газовой промышленности. В то время как загрязненные почвы - это почвы, подверженные хроническому или аварийному загрязнению жидкими углеводородами: газовым конденсатом или нефтью.

Известен способ контроля эффективности рекультивации нарушенных тундровых почв при добыче газа путем создания плодородного слоя с применением смеси торфа и песка [см. Андреев О.П., Ставкин Г.П., Левинзон И.Л., Перепелкин И.Б., Лобастова С.А. Защита и восстановление земель и ландшафтов Крайнего Севера при добыче газа // Экология и промышленность России. 2003. Июнь. С. 4-9].

Существенным недостатком данного способа является визуальный контроль эффективности рекультивации нарушенных почв по произрастанию на них растительности в течение 5-10 лет, что не позволяет оперативно и в широких масштабах оценить процесс восстановления плодородия почвы.

Известен способ контроля эффективности рекультивации нарушенных тундровых почв различного гранулометрического состава посредством анализа в них активности дегидрогеназы на территориях функционирования объектов газовой промышленности [Патент РФ на изобретение №2491137. Способ контроля эффективности рекультивации нарушенных тундровых почв различного гранулометрического состава посредством анализа активности дегидрогеназы. Арно О.Б., Арабский А.К., Башкин В.Н., Галиулин Р.В., Галиулина Р.А., Маклюк О.В., Припутана И.В.].

Существенным недостатком данного способа является контроль эффективности рекультивации нарушенных тундровых почв с учетом всего лишь одной таксономической или классификационной единицы такой, как разновидности почв, определяемой по гранулометрическому составу верхних почвенных горизонтов и почвообразующих пород. В то время как почвы различаются не только по разновидностям, но и по видам - степени подзолистости, глубине и степени гумусированности, степени засоленности и т.д., родам - составом почвообразующих пород, химизмом грунтовых вод и т.д., подтипам - по проявлению основных и налагающих процессов почвообразования, и, наконец, по типам - однотипностью поступления органических веществ и процессов их превращения и разложения, однотипным комплексом процессов разложения минеральной массы и синтеза минеральных и органоминеральных новообразований, однотипным характером миграции и аккумуляции веществ и однотипным строением почвенного профиля и т.д. В результате отмеченный недостаток не позволяет оценить эффективность рекультивации в зависимости от различных таксономических единиц, т.е. разновидностей, видов, родов, подтипов и типов почв.

Известен способ контроля рекультивации почв, загрязненных нефтью и нефтепродуктами, где в качестве критерия восстановления их плодородия используется подход по выращиванию многолетних трав [Лобачева Г.К., Карпов А.В., Макаров О.А., Филиппова А.И. Рекультивация земель, загрязненных продуктами нефтепереработки // Вестник ВолГУ. 2012. Серия 11. №1 (3). С. 58-64]. Так, если зарастание травами на загрязненном участке после его рекультивации составляет не менее 75% площади земель по сравнению с зарастанием травами на незагрязненном участке, то рекультивационные работы считаются законченными.

Существенным недостатком данного способа является длительность оценки эффективности рекультивации, что по данной технологии проводится путем посева и выращивания трав в 2 этапа: пробного этапа и спустя 1,5-2,0 года основного этапа. В результате отмеченный недостаток не позволяет оперативно и в широких масштабах контролировать эффективность рекультивации, в том числе загрязненных нефтью и нефтепродуктами почв.

Наиболее близкими к заявляемому способу по технической сущности выполнения самого процесса рекультивации являются способы получения гумата калия из местных торфов Ямало-Ненецкого автономного округа и оценки эффективности рекультивации нарушенных тундровых почв посредством внесения местного торфа и гумата калия [Патент РФ на изобретение №2610956. Способ получения гумата калия из местных торфов Ямало-Ненецкого автономного округа. Арно О.Б., Арабский А.К., Башкин В.Н., Галиулин Р.В., Алексеев А.О., Галиулина Р.А., Мальцева А.Н., Ямников С.А., Николаев Д.С., Мурзагулов В.Р.; Патент РФ на изобретение №2611165. Способ оценки эффективности рекультивации нарушенных тундровых почв посредством внесения местного торфа и гумата калия. Арно О.Б., Арабский А.К., Башкин В.Н., Галиулин Р.В., Галиулина Р.А., Алексеев А.О., Ямников С.А., Николаев Д.С., Мурзагулов В.Р.].

Однако эти способы относятся к самому процессу рекультивации, а не к оценке результатов его реализации на конкретных территориях функционирования объектов газовой промышленности.

Целью предлагаемого изобретения является решение технической задачи биохимического контроля эффективности рекультивации нарушенных и/или загрязненных тундровых почв различных таксономических единиц, позволяющего оперативно и в широких масштабах провести оценку восстановления плодородия почв уже спустя один вегетационный сезон после начала рекультивации на территориях функционирования объектов газовой промышленности.

Данная техническая задача решена благодаря тому, что на первом этапе из типичного для конкретной территории пробного участка площадью 1 га отбирают 1 усредненный образец рекультивированной почвы, который характеризует процесс рекультивации на площади от 1 до 10 га при равнинном или слаборасчлененном рельефе местности. При этом отбор усредненного образца производится методом конверта, т.е. путем смешивания 5 отдельных проб, взятых из 5 точек. На втором этапе производят предварительную подготовку усредненного образца рекультивированной почвы для проведения биохимического контроля, путем ее воздушного высушивания до рассыпчатого состояния при комнатной температуре, очистки от твердых включений - камней и корней, измельчения и просеивания. На третьем этапе анализируют активность фермента дегидрогеназы спектрофотометрическим методом в отдельных навесках образца рекультивированной почвы, взятых в 6 кратной повторности. На четвертом этапе производят сравнение результатов анализа активности фермента дегидрогеназы в образцах рекультивированной почвы и результатов анализа активности фермента дегидрогеназы в образцах нарушенной и/или загрязненной почвы на момент начала рекультивации, взятых из базы данных, хранящейся в лаборатории, контролирующей процесс рекультивации. Для этого результаты анализов подвергают статистической обработке и оценивают существенность разности выборочных средних по t-критерию при 5% - t₀₅, 1% - t₀₁ и 0,1% - t₀₀₁ уровнях значимости. При этом об эффективности рекультивации судят по статистически доказанной существенности разности между выборочными средними: активности фермента дегидрогеназы рекультивированной почвы и активности фермента дегидрогеназы нарушенной и/или загрязненной почвы. В случае, если разность между выборочными средними: активности фермента дегидрогеназы рекультивированной почвы и активности фермента дегидрогеназы нарушенной и/или загрязненной почвы оказывается несущественной, то на искомых территориях повторяют процесс рекультивации до полного восстановления плодородия нарушенной и/или загрязненной почвы с использованием местного торфа и получаемого из него гумата калия по технологии, описанной в патентах РФ на изобретение №2610956 и №2611165. При этом из всех местных месторождений торфа выбирают для проведения рекультивации торф, максимально соответствующий рекультивируемому участку по технологии, описанной в патенте РФ на изобретение №2491137.

Способ иллюстрируется фиг. 1, на которой представлена схема отбора 5 проб рекультивированной почвы в 5 точках пробного участка методом конверта для составления усредненного образца путем смешивания проб.

Фиг. 2, на которой показано оборудование и устройство для анализа активности фермента дегидрогеназы рекультивированной почвы.

Фиг. 3, на которой представлена карта-схема территорий функционирования объектов ООО «Газпром добыча Ямбург».

Способ осуществляют следующим образом: из типичного для конкретной территории пробного участка площадью 1 га отбирают 1 усредненный образец рекультивированной почвы, который характеризует процесс рекультивации на площади от 1 до 10 га при равнинном или слаборасчлененном рельефе местности. При этом отбор усредненного образца массой не менее 0,5 кг производится методом конверта, т.е. путем смешивания 5 отдельных проб, взятых из 5 точек, фиг. 1. Далее производят предварительную подготовку усредненного образца рекультивированной почвы для проведения биохимического контроля, путем ее воздушного высушивания до рассыпчатого состояния при комнатной температуре. Высушенный образец очищают от твердых включений - камней и корней, измельчают и просеивают через сито диаметром ячеек 2 мм. Затем определяют оставшуюся влажность образцов весовым методом [см. например, И.С. Кауричев, Н.П. Панов, М.В. Стратонович, И.П. Гречин, В.И. Савич, Н.Ф. Ганжара, А.П. Мершин. Практикум по почвоведению. М.: Колос, 1980. 272 с.]. После этого анализируют активность фермента дегидрогеназы спектрофотометрическим методом в отдельных навесках образца рекультивированной почвы, взятых в 6 кратной повторности.

При этом активность дегидрогеназы образцов почв анализируют с помощью модифицированной колбы Эрленмейера, 2, с коленчатым отростком, 4, фиг. 2. Для этого 1 г навески, отобранной в 6 кратной повторности, отдельно из каждого вышеназванного образца почвы помещают в модифицированные колбы Эрленмейера, 2. Затем в колбы последовательно добавляют 0,1 г тонко измельченного карбоната кальция, СаСО₃, по 1 мл 1% водных растворов глюкозы, C₆H₁₂O₆, и 2,3,5-трифенилтетразолийхлорида, бесцветное вещество, C₁₉H₁₅N₄Cl, и всю эту реакционную смесь, 3, перемешивают. Далее в коленчатый отросток, 4, с помощью шприца вводят насыщенный щелочной раствор пирогаллола, С₆Н₃(ОН)₃, в гидроксиде калия, KOH, для создания анаэробных условий. Колбы герметизируют стеклянными шлифованными пробками с использованием вакуумной смазки и ставят на инкубирование в термостат, 1, при 30°С на одни сутки.

После завершения инкубирования реакционной смеси в колбах производят из них 5 кратную по 4 мл экстракцию, образующегося 2,3,5-трифенилформазана, вещество красного цвета, C₁₉H₁₆N₄, из 2,3,5-трифенилтетразолийхлорида с помощью этилового спирта, С₂Н₅ОН. Объединенные экстракты каждой навески доводят до объема 25 мл и измеряют оптическую плотность на спектрофотометре при длине волны λ=490 нм. Затем по заранее подготовленному калибровочному графику для различных количеств 2,3,5-трифенилформазана в этиловом спирте, например, 1-30 мкг/л, рассчитывают количество образованного вещества, выражаемое в единицах мг или мкг 2,3,5-трифенилформазана/г⋅сут и различающееся в различных вариантах с учетом оставшейся влажности образцов почвы.

Результаты анализа активности фермента дегидрогеназы в образце рекультивированной почвы и результаты анализа активности фермента дегидрогеназы в образце нарушенной и/или загрязненной почвы на момент начала рекультивации, взятых из базы данных, хранящейся в лаборатории, контролирующей процесс рекультивации, подвергают статистической обработке для оценки существенности разности выборочных средних по t-критерию при 5% - t₀₅, 1% - t₀₁ и 0,1% - t₀₀₁ уровнях значимости [см. например, Б.А. Доспехов. Методика полевого опыта, с основами статистической обработки результатов исследований. М.: Агропромиздат, 1985. 351 с.]. При этом об эффективности рекультивации судят по статистически доказанной существенности разности между выборочными средними: активности фермента дегидрогеназы рекультивированной почвы и активности фермента дегидрогеназы нарушенной и/или загрязненной почвы. В случае, если разность между выборочными средними: активности фермента дегидрогеназы рекультивированной почвы и активности фермента дегидрогеназы нарушенной и/или загрязненной почвы оказывается несущественной, то на искомых территориях повторяют процесс рекультивации до полного восстановления плодородия нарушенной и/или загрязненной почвы с использованием местного торфа и получаемого из него гумата калия по технологии, описанной в патентах РФ на изобретение №2610956 и 2611165. При этом из всех местных месторождений торфа выбирают для проведения рекультивации торф, максимально соответствующий рекультивируемому участку по технологии, описанной в патенте РФ на изобретение №2491137.

Были проведены специальные исследования по биохимическому контролю эффективности рекультивации нарушенных и/или загрязненных тундровых почв территорий 12 и 13 лицензионных участков ООО «Газпром добыча Ямбург» на Тазовском полуострове, фиг. 3. Статистически была доказана эффективность рекультивации почвы из территории 12 по фактическому значению t-критерия при 5% - t₀₅, 1% - t₀₁ и 0,1% - t₀₀₁ уровнях значимости, что позволяет считать территорию 12 полностью рекультивированной, таблица. Статистически не была доказана эффективность рекультивации почвы из территории 13 по фактическому значению t-критерия при 5% - t₀₅, 1% - t₀₁ и 0,1% - t₀₀₁ уровнях значимости. В результате было сделано заключение о том, что территория 13 не полностью рекультивирована и на ней необходимо повторить процесс рекультивации до полного восстановления плодородия почвы с использованием местного торфа и получаемого из него гумата калия по технологии, описанной в патентах РФ на изобретение №2610956 и 2611165. При этом из всех местных месторождений торфа выбирают для проведения рекультивации торф, максимально соответствующий рекультивируемому участку по технологии, описанной в патенте РФ на изобретение №2491137.

Заявляемое техническое решение позволяет корректно и оперативно контролировать эффективность рекультивации нарушенных и/или загрязненных тундровых почв различных таксономических единиц, т.е. различающихся по разновидностям, видам, родам, подтипам и типам почв, на территориях функционирования объектов газовой промышленности. Все работы, кроме отбора проб, производятся в лабораторных условиях, и не зависят от погодных условий. Такой подход позволяет вести базу данных регулярных обследований рекультивированных территорий и планировать с опережением необходимые работы на участках для оптимальной корректировки на них хода процесса рекультивации.

Изобретение относится к области сельского хозяйства. Предложен способ биохимического контроля эффективности рекультивации нарушенных и/или загрязненных тундровых почв, включающий отбор проб и анализ активности фермента дегидрогеназы спектрофотометрическим методом. После чего, результаты анализа фермента подвергают статистической обработке. Способ позволяет корректно и оперативно контролировать эффективность рекультивации нарушенных и/или загрязненных тундровых почв. 3 ил., 1 табл.

Способ биохимического контроля эффективности рекультивации нарушенных и/или загрязненных тундровых почв, включающий отбор из типичного для конкретной территории пробного участка усредненного образца рекультивированной почвы методом конверта и ее предварительную подготовку для проведения биохимического контроля, отличающийся тем, что анализируют активность фермента дегидрогеназы спектрофотометрическим методом в отдельных навесках образца рекультивированной почвы, а результаты анализа активности фермента дегидрогеназы в образце рекультивированной почвы и результаты анализа активности фермента дегидрогеназы в образце нарушенной и/или загрязненной почвы на момент начала рекультивации, взятые из базы данных, хранящейся в лаборатории, контролирующей процесс рекультивации, подвергают статистической обработке для оценки существенности разности выборочных средних по t-критерию при 5% - t₀₅, 1% - t₀₁ и 0,1% - t₀₀₁ уровнях значимости, при этом об эффективности рекультивации судят по статистически доказанной существенности разности между выборочными средними: активности фермента дегидрогеназы рекультивированной почвы и активности фермента дегидрогеназы нарушенной и/или загрязненной почвы, а в случае, если разность между выборочными средними: активности фермента дегидрогеназы рекультивированной почвы и активности фермента дегидрогеназы нарушенной и/или загрязненной почвы оказывается несущественной, то на искомых территориях повторяют процесс рекультивации до полного восстановления плодородия нарушенной и/или загрязненной почвы с использованием местного торфа и получаемого из него гумата калия.