Рекультивация нефтезагрязненных черноземов Среднего Поволжья

Министерство сельского хозяйства Российской Федерации 
Федеральное государственное бюджетное образовательное 
учреждение высшего образования 
«Самарский государственный аграрный университет» 
 
 
 
 
 
 
 
Рекультивация нефтезагрязненных 
черноземов Среднего Поволжья 
 
Монография 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Кинель 2020 
2 
 

УДК 631.6:631.95 
ББК 40.38 
   Р36 
Рецензенты:  
д-р с.-х. наук, проф. кафедры «Биология, химия, технология хранения  
и переработки продукции растениеводства»,  
ФГБОУ ВО «Ульяновский государственный аграрный  
университет им. П. А. Столыпина»,  
В. А. Исайчев;  
д-р биол. наук, проф., зав. кафедрой «Агрономия и агротехнологии»,  
ФГБОУ ВО «Рязанский государственный агротехнологический   
университет им. П. А. Костычева»,  
Д. В. Виноградов 
 
Авторский коллектив: 
О. В. Горшкова, Н. М. Троц, Г. И. Чернякова, Н. В. Прохорова,  
В. Б. Троц, Д. А. Ахматов 
 
Р36 Рекультивация нефтезагрязненных черноземов Среднего Поволжья : монография / О. В. Горшкова, Н. М. Троц, Г. И. Чернякова [и др.]. – Кинель : РИО Самарского ГАУ, 2020. – 149 с. 
ISBN 978-5-88575-618-1 
 
В монографии приводятся данные об агрохимических, агрофизических и агроэкологических свойствах черноземов, нарушенных при добыче нефти. Представлены материалы о видах нарушенных почв в агроклиматических условиях лесостепи и степи Среднего Поволжья, рассмотрены механизмы нарушения плодородия почв, обоснованы приемы фиторемедиации. Приводятся сведения о наиболее эффективных, с агрономической, экономической и энергетической точек зрения, приемах рекультивации нарушенных почв. 
 
 
УДК 631.6:631.95 
ББК 40.38 
ISBN 978-5-88575-618-1 
 
 
© ФГБОУ ВО Самарский ГАУ, 2020 
© Горшкова О. В., Троц Н. М., Чернякова Г. И.,  
Прохорова Н. В., Троц В. Б., Ахматов Д. А., 2020  
3 
 

Оглавление 
 
Введение………………………………………………………………. 
4 
1. Проблема техногенного загрязнения черноземных почв  
при нефтедобыче……………………………………………………... 
5 
2. Биогеохимические особенности тяжелых металлов и пути их 
поступления в почву………………………………………………….. 
37 
3. Агроэкологические условия Самарской области………………... 
45 
4. Природно-хозяйственная характеристика территории месторождений нефти и газа……………………………………………….. 
48 
5. Особенности накопления тяжелых металлов различными подтипами черноземов…….……………………………………………... 
59 
6. Агрохимические свойства черноземов сельскохозяйственных 
угодий, подвергшихся нефтяному загрязнению................................ 
70 
   6.1. Почвы, подвергшиеся нефтяному загрязнению…................... 
72 
   6.2. Засоленные и солонцеватые почвы…………………............... 
93 
   6.3. Тяжелые металлы в нефтезагрязненных почвах…………….. 
99 
7. Восстановление черноземных почв, загрязненных нефтью  
и нефтепродуктами..………………………………………………….. 
105 
   7.1. Гипсование почвы, внесение органических и минеральных 
удобрений при рекультивационных мероприятиях…..…………… 
105 
   7.2. Продуктивность сидеральных культур на рекультивируемых почвах..………………………….……………………………….. 
109 
8. Расчет ущерба от загрязнения нефтью и нефтепродуктами, 
экономическая и энергетическая эффективность приемов 
рекультивации ………………………………………………………... 
113 
   8.1. Расчет энергетической эффективности применяемых технологий рекультивации нефтезагрязненных почв …………………… 
120 
Заключение……………………………………………………………. 
127 
Литература……………………………………………………………. 
130 
Алфавитно-предметный указатель………………………………….. 
147 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
4 
 

Введение 
 
Удельный вес Самарской области в добыче нефти по России 
составляет 2,7%. Добыча нефти в Самарской области ведётся  
с 1936 года. В недрах области содержится около 300 млн тонн 
извлекаемых запасов нефти и 600 млн тонн ресурсов нефти. 
Открыто 
более 
380 
месторождений 
нефти, 
из 
которых  
144 числятся на балансе нефтяных компаний. Нефтедобывающие 
предприятия Самарской области на протяжении последних лет 
уверенно увеличивают объёмы добычи нефти. За 2003-2015 гг. 
среднегодовой объем добычи нефти по области составил более  
12 млн. тонн. В 2012 г. добыто 14,7 млн тонн нефти, что на 3,4% 
больше по сравнению с 2011 г. 
Под объекты нефтедобычи отводятся земли сельскохозяйственного назначения, которые выступают как основное средство 
производства в сельском хозяйстве, имеют особый правовой режим и подлежат особой охране. Почва является самым распространенным и трудно восстановимым объектом, на который оказывают негативное влияние нефтепродукты и попутные пластовые 
воды [156, 168, 129, 57]. На 1 января 2016 года земли сельскохозяйственного назначения в Самарской области занимают площадь 
4067,4 тыс. га. По сравнению с 2014 годом площадь земель данной 
категории уменьшилась на 1,3 тыс. га. Ежегодно от 2,5  
до 4,0 тыс. га сельскохозяйственных угодий используется не по 
прямому назначению. Причем более 20% из этого количества выводится на длительный срок (более 10 лет). На разлив нефти приходится от 2,3 до 4,0% нецелевого использования земель сельскохозяйственного назначения [38]. За последние 15 лет почвенные, 
геоботанические и другие глубокие специальные исследования по 
изучению состояния и использования почв земель сельскохозяйственного назначения Самарской области не проводились. 
Исследования, направленные на изучение воздействия нефти, 
нефтепродуктов и попутных пластовых вод на почвенный покров 
и рекультивацию нефтезагрязненных и техногенно засоленных 
почв на территории Самарской области, представляют собой особую актуальность. 
 
 
5 
 

1. Проблема техногенного загрязнения  
черноземных почв при нефтедобыче 
 
Самарская область характеризуется значительной неоднородностью природных условий и почвенного покрова, это связано с ее 
расположением в двух природных зонах – лесостепной и степной, 
и является следствием совместного влияния широких географических закономерностей и ряда некоторых местных, региональных 
особенностей природы. 
В структуре земельного фонда Самарской области удельный 
вес земель сельскохозяйственного назначения составляет 76,8% 
территории или 4070,8 тыс. га [165]. 
Почва – это весьма специфический компонент биосферы, поскольку она не только геохимически аккумулирует компоненты 
загрязнений, но и выступает как природный буфер, контролирующий перенос химических элементов и соединений в атмосферу, 
гидросферу и живое вещество. Микроэлементы, поступающие из 
различных источников, попадают в конечном итоге на поверхность почвы, и их дальнейшая судьба зависит от ее механических, 
химических и физических свойств [49]. 
В связи с большой протяженностью лесостепи, ее климатические условия отличаются значительным многообразием. Лесостепная зона отличается преобладанием возможного испарения 
над суммарным количеством выпадающих осадков (за исключением отдельных лет). В связи с этим для лесостепных почв характерен периодически промывной водный режим, обуславливающий 
господство почв со значительным накоплением органических веществ, в составе которых преобладают гуминовые кислоты [63].  
Степная зона по сравнению с лесостепной характеризуется 
более сухим климатом, связанным с более высокими температурами вегетационного периода, меньшим количеством осадков и сухостью воздуха. В пределах зоны с запада на восток резко увеличивается континентальность климата. Температуры января изменяются от -2 до -270 С, июля – от +17 до +240 С [167, 22]. 
Количество атмосферных осадков, которые выпадают в степной зоне, расходуется назад в атмосферу путем транспирации растительности и непосредственно из почвы. Степная зона характеризуется непромывным водным режимом [63].  
6 
 

Плодородие чернозема известно было давно. Накопление в 
нем органических веществ объяснено впервые академиком  
Ф. И. Рупрехтом, который вместе с тем указал и на особенный характер 
черноземной 
флоры. 
Впоследствии 
исследования  
Ф. И. Рупрехта были значительно дополнены; происхождение чернозема и его свойства разъяснены работами профессоров В. В. Докучаева и П. А. Костычева; особенного внимания заслуживают 
работы профессоров В. Я. Цингера и С. И. Коржинского в области 
исследования растительного покрова черноземных почв [20]. 
В агрономическом (технологическом) смысле под плодородием понимают способность почвы служить растениям средой обитания, источником и, главное, посредником в обеспечении земными факторами жизни (водой, питательными веществами и др.), 
обеспечивать возможность индустриального ведения производства, быть устойчивой против всех факторов разрушения [1]. 
К основным показателям плодородия почв можно отнести 
следующие:  
Агрохимические – содержание гумуса, реакция почвенного 
раствора (pH водной и солевой суспензии), состояние почвенного 
поглощающего комплекса (сумма поглощенных или обменных 
оснований, гидролитическая и обменная кислотности, емкость катионного обмена, степень насыщенности основаниями), валовое 
содержание и подвижные формы макро- и микроэлементов, необходимых для питания растений;  
Агрофизические – гранулометрический состав, структурное 
состояние, плотность сложения, общая порозность, водные, воздушные и тепловые свойства и режимы почвы;  
Биологические – общее число микроорганизмов, их видовой и 
групповой состав, ферментативная активность, нитрифицирующая, денитрифицирующая и азотфиксирующая активность почвы, 
интенсивность разложения целлюлозы в почве, интенсивность выделения CO2;  
Экологические – показатели, которые являются результатом 
воздействия человека на экосистемы и обуславливающие экологическое состояние почв. К ним относятся: степень эродированности 
почв, дозы вносимых удобрений, контурность, распаханность территорий, качество и количество поступающих органических и минеральных соединений, а также содержание в почве веществ и 
7 
 

элементов загрязнителей (тяжелые металлы, остаточные количества пестицидов и т. д.), патогенной микрофлоры и т. п. [77]. 
Оптимальный уровень плодородия той или иной почвы определяется таким сочетанием ее основных свойств и показателей, 
при которых могут быть наиболее полно использованы все жизненно важные для растений факторы и реализованы возможности 
выращиваемых сельскохозяйственных культур [35]. 
Среди факторов, способствующих деградации плодородия, 
наиболее существенны: эрозия почв, выпахивание, дегумификация, засоление почв высокоминерализованными водами и загрязнение нефтью и нефтепродуктами. 
В степи и лесостепи Среднего Поволжья широко развиты эрозионные и другие процессы деградации черноземов [18, 66]. 
В условиях интенсивного земледелия важнейшая задача рационального использования почвы – это обеспечение расширенного 
воспроизводства почвенного плодородия, т.е. одновременный рост 
как эффективного, так и потенциального плодородия. 
Воспроизводство плодородия почвы в интенсивном земледелии осуществляется двумя путями: вещественным (применение 
удобрений, мелиорантов, пестицидов, ведение севооборотов) и 
технологическим (применение механической обработки, осушительные мелиорации и др.). 
Черноземы обыкновенные и южные лимитированы во влаге, 
поэтому они являются объектами орошения. Орошение не только 
повышает урожайность сельскохозяйственных культур, но и 
наиболее существенно влияет на свойства почвы. 
Ненормированный режим орошения в почвенном профиле создает условия для прямых непродуктивных инфильтрационных 
потерь поливных вод и питательных элементов. 
Таким образом, при неконтролируемом использовании оросительной воды, эксплуатации сельскохозяйственной техники происходит деградация свойств черноземов. Она усиливается при 
длительной механической обработке в условиях применения низких доз органических и минеральных удобрений. 
Важнейшая задача сельскохозяйственного производства на 
черноземных почвах – правильное использование их высокого потенциального плодородия, предохранение гумусового слоя от разрушения. 
8 
 

Черноземные почвы обладают высоким потенциальным плодородием, но их эффективное плодородие зависит от тепло- и влагообеспеченности, биологической активности. Черноземы лесостепи характеризуются лучшей влагообеспеченностью по сравнению со степными черноземами. Продуктивность их выше. Уровень 
эффективного плодородия степных черноземов снижается из-за 
ухудшения условий влагообеспеченности, снижения биологической активности, проявления периодических засух [105]. 
Эффективное плодородие черноземов в пределах каждого 
подтипа определяется родовыми и видовыми признаками: степенью солонцеватости и карбонатности, мощностью гумусовых горизонтов и содержанием гумуса, механическим составом, степенью эродированности, свойствами и мощностью почвообразующих пород, а также уровнем окультуривания почв. Чем больше 
мощность гумусовых горизонтов и запасы гумуса, тем больше общих запасов элементов питания, тем благоприятнее водный режим. Поэтому в черноземах наблюдается прямая корреляция между урожаем сельскохозяйственных культур и мощностью гумусового слоя, запасами гумуса. Чтобы стабилизировать и повысить 
содержание гумуса в черноземах, необходимо, прежде всего, остановить эрозию внедрением комплекса почвозащитных мероприятий [105]. 
Основные пути сохранения и повышения плодородия черноземов – рациональные приемы обработки (в том числе, внедрение 
минимальной обработки) почвы, накопления и правильного расходования влаги, внесение удобрений, улучшение структуры посевных площадей, введение высокоурожайных культур и сортов, 
борьба с эрозией [105]. 
Основной фон почвенного покрова территории Самарской 
области представлен черноземными почвами которые занимают 
более чем  70% территории области [65]. 
По содержанию гумуса в области преобладают малогумусные 
почвы – 1759345 га или 46,1 % от общей площади сельскохозяйственных угодий. Менее распространены слабогумусированные 
почвы – 1043221 га или 27,4 %. Среднегумусные виды занимают 
площадь 955530 га (25,0 %). На долю тучных (высокогумусных) и 
микрогумусных приходится 9118 га (0,2 %) и 50825 га (1,3%), соответственно [143].  
9 
 

По мощности гумусового горизонта наибольшее распространение получили среднемощные почвы – 1966866 га или 51,5 %. 
Несколько меньшую площадь занимают маломощные – 1597662 га 
или 41,8 %. На долю мощных и очень маломощных приходится 
124909 га (3,3 %) и 128602 га (3,4 %), соответственно. Очень маломощные виды почв заняты в основном пастбищами – 73,8 % от 
общей площади маломощных почв. От 70 % до 90 % площади 
мощных, средне- и маломощных почв заняты пашней и многолетними насаждениями [143].  
В связи с развитием на территории области трубопроводного 
транспорта и нефтедобывающих отраслей промышленности во 
многих районах встречаются земли, загрязненные нефтепродуктами. Увеличение площадей таких земель зафиксировано в Алексеевском, Волжском, Кинельском, Красноармейском районах [143]. 
В зонах возможного техногенного влияния промышленности 
и крупных автомагистральных городов Самары, Новокуйбышевска, Отрадного, Сызрани, Тольятти, Нефтегорска и прилегающих к 
ним районов ФГУ «Станция агрохимической службы «Самарская» 
на заложенных контрольных площадках проводит ежегодные 
определения валового содержания тяжелых металлов в почвах 
[88]. 
Определяются хром, никель, кадмий, свинец, медь, ртуть, кобальт, цинк, железо, марганец, мышьяк. Кроме того, измеряются 
хлорсодержащие, фосфорсодержащие соединения и мощность дозы гамма излучения. 
Запасы гумуса в почвах области, как правило, увеличиваются 
в направлении от светло-серых лесных почв к типичным чернозёмам: светло-серые → серые → тёмно-серые лесные почвы → 
оподзоленные и выщелоченные чернозёмы → типичные чернозёмы. Дальше на юг, к южным чернозёмам и каштановым почвам, 
запасы гумуса снижаются. 
Больше всего гумуса содержится в типичных чернозёмах  
(в метровом слое до 800-900 т/га), меньше всего – в светло-серых и 
серых почвах (80-270 т/га). 
Чернозёмные почвы области незначительно отличаются по 
таким актуальным и динамичным агрохимическим показателям, 
как гидролитическая кислотность, сумма поглощенных оснований 
и степень насыщенности основаниями (табл. 1). 
 
10 
 

Таблица 1  
Агрохимические свойства основных типов почв  
Самарской области [65, 95] 
Чернозёмы 
Показатели 
почвы 
Южные 
Типичные 
Оподзоленные  
Обыкновенные 
Тёмно-каштановые 
и выщелоченные 
рН солевой  
вытяжки 
5,8–6,1 
6,5–6,7 
6,4–6,7 
6,8–7,2 
6,9–7,3 
Гидролитическая  
кислотность, 
3,4–3,8 
1,6–1,9 
1,8–2,1 
0,5–0,6 
– 
мг-экв./100 г почвы 
Сумма поглощённых 
оснований,  
41,1–45,3 
46,6–48,6 
45,5–48,6 37,9–38,8 26,1–49,6 
мг-экв./100 г почвы 
Степень насыщенности 
основаниями, % 
90–91 
89–99 
93–96 
97–99 
100 
Валовый азот, % 
0,35–0,41 
0,39–1,51 
0,39–0,42 0,25–0,28 0,16–0,24 
Валовый фосфор, % 
0,14–0,20 
0,17–0,22 
0,19–0,21 0,12–0,24 0,07–0,24 
Валовый калий, % 
1,73–2,09 
1,66–2,11 
2,11–2,19 1,91–2,12 0,87–2,31 
Гидролизуемый азот, 
мг/кг 
79–87 
89–129 
127–141 
90–97 
42–107 
Подвижный фосфор, 
мг/кг 
98–122 
148–168 
157–163 
26–31 
18–61 
Обменный калий, мг/кг 
106–108 
161–204 
198–209 
114–273 
93–264 
 
В подавляющем большинстве они характеризуются слабокислой и нейтральной реакцией почвенных растворов, вполне благоприятной для роста и развития большинства сельскохозяйственных культур. 
Величина рН солевой вытяжки у серых лесных почв, оподзоленных и выщелоченных черноземов колеблется от 5,8 до 6,1, у 
обыкновенных и типичных чернозёмов – от 6,4 до 6,7, у южных 
чернозёмов, тёмно-каштановых почв этот показатель – 7,2-7,3. Соответственно, изменяется и гидролитическая кислотность (Нг), которая не превышает 3-4 мг-экв. на 100 г у серых лесных почв, 
оподзоленных 
и 
выщелоченных 
чернозёмов, 
снижаясь  
до 1,6-2,0 мг-экв./100 г почвы у типичных и обыкновенных чернозёмов [65, 143]. 
11