В настоящее время добыча, переработка и транспортировка нефти стремительно развивается и вносит значительный вклад в развитие экономики страны. Но не следует забывать о том, что данная отрасль может оказывать значительное влияние на все компоненты природной среды. На каждом этапе своего развития нефтяная промышленность может оказывать негативное воздействие на окружающую среду. Добыча нефти приводит к деградации почвы и загрязнению мирового океана, переработка, транспортировка – является источником загрязнения атмосферы, почвы и водных объектов, к тому же повсеместное использование углеводородов сказывается на состоянии всех компонентов природной среды, имея накопительный характер.

Загрязнение компонентов природной среды при транспортировке нефти и нефтепродуктов происходит в результате аварий на нефтепроводах, которые возникают в результате отказа механизмов, нарушения требований к эксплуатации оборудования, а также несанкционированных врезок. Как правило, такие аварии имеют залповый характер и приводят к масштабным экологическим проблемам.

«Нефть представляет собой сложную смесь органических соединений: алканов, некоторых циклоалканов и ароматических углеводородов различной молекулярной массы, а также кислородных, сернистых и азотистых соединений, многие из которых высокотоксичны» [1].

Кроме того, нефть и ее органические соединения могут находиться в почве в парообразном, жидком подвижном и свободном неподвижном состоянии, а также в сорбированном на частицах почвы виде и в виде плотной массы на поверхности [2].

Загрязнение нефтью и нефтепродуктами, возникающее в результате аварий, приводит к значительным изменениям структур биоценозов и фитоценозов, что является причиной их деградации [3]. Сельскохозяйственные угодья на длительный период времени полностью изымаются из пользования.

Нефть приводит к изменению химического состава почвы, ее свойств и структуры. Прежде всего, это оказывает влияние на гумусовый горизонт, изменяя его состав, а также затрудняет поступление влаги к корням растений, что сказывается на физиологическом развитии растений, к тому же процесс самовосстановления почвы протекает очень медленно. Исходя из этого, целью работы является оценка состояния территории, подвергшейся нефтяному загрязнению в результате аварии нефтепровода, произошедшей более 20 лет назад.

Материалы и методы исследования

Для проведения исследования был выбран участок лесного массива Злынковского района Брянской области, на территории которого, в результате прорыва магистрального нефтепровода «Куйбышев – Унеча – Мозырь-1 и 2» компании АО «Транснефть-Дружба» произошел разлив нефтепродуктов. В результате чего территория площадью около 10 га оказалась залита нефтью, что привело к масштабному загрязнению почвенного покрова. С момента аварии на нефтепроводе до момента исследования прошло более 20 лет, однако на данной территории не проводились мероприятия по рекультивации нефтезагрязненной почвы, что привело к угнетённому состоянию лесных пород и деградации растительного покрова. На поверхности почвы отчетливо наблюдались следы нефтепродуктов. Для исследования и оценки состояния почвенного покрова в 2017 г. были отобраны пробы почвы на загрязненной территории согласно известной методике [4]. Отбор проб почвогрунтов и определение массовой концентрации нефтепродуктов в отобранных пробах проводилось отделом аналитических исследований Брянского филиала Федерального государственного бюджетного учреждения «Центр лабораторного анализа и технических измерений по центральному федеральному округу», действующим на основании аттестата аккредитации № РОСС RU.0001.511747, выданного 07.12.2017 г. Для исследования отбирались пробы почвогрунта в одиннадцати определенных точках обследуемой площадки, где производилась закладка участка площадью 1х1 м с соответствующим послойным снятием грунта до глубины 10 см и последующей выемкой слоя грунта (проба) до глубины 20 см одноразовым совком из полипропилена на полиэтиленовую пленку. Вынутый грунт на месте подвергался усреднению. Последовательным квартованием проводилось взятие усредненной пробы в стеклянные емкости объемом 3 л с пришлифованными крышками. Аналогично проводился отбор пробы до глубины 40 см. Кроме того, для определения фонового содержания нефтепродуктов в почве, послойный отбор проб проводился на территории, не подвергшейся загрязнению нефтепродуктами в результате аварии магистрального нефтепровода. Координаты мест отбора проб представлены в табл. 1.

Результаты исследования и их обсуждение

На основании анализа литературных источников по данной проблеме можно сделать предположение о том, что легкие фракции нефти испаряются с поверхности разлива, оставшиеся тяжелые неиспарившиеся фракции нефти сорбируются минеральными и органическими компонентами почвенного покрова, в зависимости от гранулометрического состава и влажности грунта.

Почвы на территории района отбора проб представлены подзолистыми песчаными и супесчаными типами, на которых произрастают елово-сосновые леса, с участием мягколиственных и твердолиственных пород. Согласно единой классификационной шкале почв по гранулометрическому составу, предложенной В.И. Кирюшиным (1996), данный тип почвы включает фракции крупного и среднего песка и характеризуется высокой водопроницаемостью и низкой влагоемкостью. Исходя из этого, сорбционная способность углеводородов в единице объема почвогрунта составит 15 л/м3.

Так как разлив нефти произошёл более 20 лет назад, значительная часть нефти с поверхности почвы просочилась в нижние горизонты. Скорость и глубина инфильтрации зависят от таких факторов, как структура, состав, растительный покров, уровень грунтовых вод. В результате проведения ряда повторных измерений [5] были получены следующие данные, представленные в табл. 1.

Обработка результатов проводилась с помощью математического моделирования с применением компьютерного программного пакета – Mathcad.

Так как объект исследования оказывается под влиянием факторов, не имеющих количественной оценки, то использовался метод дисперсионного анализа, который был предложен Р. Фишером и развит Р. Йейтсом [6].

Рассмотрим влияние мест отбора проб на содержание нефтепродуктов в почве. Для этого проведем вычисление средних арифметических величин по формулам

Отсюда k0 = M – 1, kx = u – 1, k_ε = M – u.

Вычисление общей средней величины проводилось по формуле

Отсюда YCP = 8,989•10⁴.

Таблица 1

Содержание нефтепродуктов в пробах почвы

Вычисление дисперсий проводим по формулам

В результате получили

S_X2 = 7,647·10⁹ S₀₂ = 2,39·10⁹ S_ε2 = 1,482·10³.

Вычисление статистики проводилось следующим образом:

Отсюда Fb = 3,548·10⁶

В данном расчете статистики Fb критерия Фишера сравнивается со значением встроенной функции qF(p, d1, d2), используемой в Mathcad. При уровне значимости α = 0,1, величина xα = 1,904.

Корреляционное отношение находим по формуле

σ = 4,888·10⁴.

Плотность вероятностей величины загрязнения почвы нефтепродуктами в горизонтах 0–20 см и 20–40 см представлена на рис. 1 и 2.

Корреляционное отношение при исследовании содержания нефтепродуктов в горизонте 20–40 см соответствует σ = 4,733·10⁴.

Из приведенных вычислений следует, что уровень загрязнения почвы нефтепродуктами представляет величины, имеющие нормальное распределение:

– в горизонте 0–20 см 4,888·10⁴ – 3,000·10⁵;

– в горизонте 20–40 см 4,733·10⁴ – 2,800·10⁵.

Уровни содержания нефтепродуктов в почве зависят от места и глубины отбора проб.

Согласно исследованиям, проведенным МакДжилом, «при содержании нефти в почве от 20000–50000 мг/кг сухой почвы – степень нарушенности определяется от умеренной до высокой, а при содержании нефти в почве свыше 50000 мг/кг степень нарушенности определяется от высокой до очень высокой. Безопасный уровень содержания нефти в почве соответствует 5000 мг/кг» [7].

Рис. 1. График плотности вероятностей величины загрязнения почвы нефтепродуктами в горизонте 0–20 см