Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Антропогенная трансформация растительного покрова на Харьягинском нефтегазовом месторождении

ВАК РФ 03.00.05, Ботаника

Текст научной работыДиссертация по биологии, кандидата биологических наук, Новаковская, Татьяна Васильевна, Сыктывкар

Сыктывкарский государственный университет имени 50-летия СССР Кафедра ботаники

на правах рукописи

УДК. 581.9 (581.524.534)

Новаковская Татьяна Васильевна

Антропогенная трансформация растительного покрова на Харьягинском нефтегазовом месторождении.

(Ненецкий автономный округ)

03.00.05 - ботаника

Диссертация на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Научный руководитель: Акулыиина Надежда Петровна, кандидат биологических наук, доцент

Засл. деятель науки Коми ССР

Сыктывкар, 1999

Содержание

Стр.

Введение 4

Глава 1. Природные условия района исследования 10

Глава 2. Объекты и методы 19

Глава 3. Особенности антропогенной трансформации растительного покрова в нефтегазодобывающих районах Европейского Северо-Востока России (Обзор литературы по теме исследования) 25

Глава 4. Современное состояние и антропогенная трансформация флоры Харьягинского нефтегазового месторождения 41

4.1. Состав и структура локальной флоры 41

4.2. Особенности синантропной флоры Харьягинска 59 Глава 5. Ценотическое разнообразие естественной

растительности 69

5.1. Геоботаническая характеристика редколесий

и кустарников 69

5.2. Геоботаническая характеристика тундровых участков 92

5.3. Плоско-бугристые болота, своеобразие

структуры 103

5.4. Луговая растительность 116 Глава 6. Уровни техногенной нарушенности растительности. Оценка по экологической шкале гемеробности 124

6.1. Техногенные нарушения редколесных сообществ 127

6.2. Антропогенные изменения тундровых участков 135

6.3. Изменения видового состава и структуры фи-тоценозов плоско-бугристого болота при техногенных нарушениях 141

Глава 7. Мохово-лишайниковый покров как текстур-фактор экосистем лесотундры 152

Глава 8. Естественное восстановление растительности и биологическая рекультивация нарушенных земель 172

8.1. Естественные зарастания нарушенных земель 172

8.2. Восстановление видового разнообразия в злаковых травостоях после биологической рекультивации 184

Выводы 193

Литература 196

Приложения 22 9

Приложение 1. Аннотированный список флоры сосудистых растений 22 9

Приложение 2. Список видов мхов и лишайников, выявленных на пробных площадях геоботанических описаний 2 62

Приложение 3. Редколесные сообщества разных уровней гемеробности 2 65

Приложение 4. Тундровые сообщества разных уровней гемеробности 272

\

Введение

Актуальность проблемы

Территория Европейского Северо-Востока подвергается интенсивному антропогенному воздействию, в основном при разведке, добыче и транспортировке углеводородного сырья. Хорошо известна повышенная ранимость ландшафтов в экстремальных условиях Севера, о чем сообщается в работах исследователей природы северных территорий России (Горча-ковский, 1979, 1991; Миркин, 1985; Дружинина, Мяло, 1990; Освоение Севера...,1991, 1994, 1997; Антропогенная динамика ..., 1995 и др.).

В последние годы особенно остро встает проблема охраны окружающей среды при поиске, добыче, транспортировке нефти, газа и других полезных ископаемых на территории Республики Коми, Ненецкого автономного округа, также в связи со строительством газопровода Ямал-Запад.

Учитывая стабилизирующее и индикаторное значение растительности в функционировании природных экосистем, в их сохранении и самовосстановлении, первостепенными задачами для ботанических исследований являются оценка современного состояния растительного покрова (флоры и растительности) , определение устойчивости разнообразных зональных типов фитоценозов к различным уровням техногенных нарушений. Для целей ботанического (и экологического) мониторинга важным остается определение тенденций, направленности и темпов естественного самовосстановления (демутации) растительного покрова на нарушенных участках, создание и включение вторичных фитоценозов залужения в естественные зональные экосистемы.

Большое значение также имеет выявление и сохранение биологического разнообразия как флоры, так и растительности локальных территорий, поскольку снижение разнообразия, в частности потери видового богатства, нарушение и упрощение структуры растительных сообществ неизбежно сопровождаются снижением устойчивости всей экосистемы к антропогенным воздействиям.

В связи с изложенным все большую актуальность приобретает необходимость контроля и управления процессами динамики растительности в техногенных ландшафтах для ее максимального сохранения и быстрого самовосстановления. Актуальным остается поиск критериев для определения порога устойчивости разных типов фитоценозов с тем, чтобы не допускать перехода через него на конкретных площадях с целью сохранения свойства самовосстановления экосистем. Не теряет значения дальнейшее совершенствование способов ускоренного природовосстановления (приемов биологической рекультивации) для создания на нарушенной поверхности активного устойчивого почвенно-растительного покрова как защитного геодермального слоя в наземных экосистемах Биосферы .

Цель и задачи исследования

Основная цель нашего исследования заключалась в определении современного состояния флоры и растительности в связи с техногенной трансформацией территории на Харья-гинском нефтегазовом месторождении, расположенном в лесотундре и оценке их способности к самовосстановлению в процессе естественных сукцессий и после биологической ре-

культивации. Для этого необходимо было решить следующие задачи:

1. Выявить видовой состав и провести сравнительный анализ естественной флоры и синантропной флоры техногенных местообитаний на Харьягинском нефтегазовом месторождении .

2. Составить геоботаническую характеристику естественной растительности и сообществ с различной степенью техногенной трансформации, выявить их устойчивость и способность к самовосстановлению.

3. Определить уровни устойчивости различных растительных сообществ к антропогенному воздействию по экологической шкале гемеробности.

4. Изучить закономерности формирования фитоценозов при естественном самозарастании нарушенных земель и после проведения биологической рекультивации.

Диссертационная работа выполнялась как раздел комплексных исследований по экологическому мониторингу (МГП при СГУ) в 1991-1992 гг. и в рамках программы по теме НИР кафедры ботаники Сыктывкарского государственного университета в 1993-1996 гг.

Научная новизна работы

Результаты исследований позволили впервые 1) выявить видовой состав, структуру и направленность техногенной трансформации флоры и растительности на нарушенных участках Харьягинского нефтегазового месторождения; 2) определить уровни устойчивости растительных сообществ к техногенным нарушениям по индикаторным свойствам видового со-

става и изменениям в структуре/ 3) градуировать изменения в строении и динамике растительных сообществ на участках разной степени антропогенного воздействия с использованием экологической шкалы гемеробности; 4) показать особенности демутационных сукцессий естественной растительности при различных уровнях нарушений фитоценозов и на участках после биологической рекультивации (залужения).

Практическая значимость

Материалы диссертации содержат оценку современного состояния и динамики растительного покрова на Харьягин-ском нефтегазовом месторождении. Получены новые данные для контроля и управления процессами антропогенной трансформации флоры и растительности.

Показатели экологической шкалы гемеробности имеют значение для оценки состояния и динамики природных экосистем и рекомендации приемов, необходимых для ускоренного природовосстановления.

Работа содержит ботанические данные, необходимые для экологического мониторинга и для дальнейшего углубления ботанических исследований в районе Харьягинского и других, проектируемых в аналогичных природных условиях, нефтегазовых месторождений. Результаты первого этапа наших исследований вошли в научный отчет по "Экологическому мониторингу" Малого государственного предприятия при СГУ и были переданы НГДУ Архангельскнефтегаз (1991-1992 гг.) .

Сведения о разнообразии и динамике растительного покрова в нефтегазодобывающих районах Республики Коми и Ненецкого автономного округа, собранный научный гербарий

используются в учебной и научной работе кафедры ботаники СГУ.

Апробация работы, публикации

Основные положения диссертационной работы были представлены на 2-й и 3-ей Международных конференциях "Освоение Севера и проблемы рекультивации" (Сыктывкар, 1994; Санкт-Петербург, 1996), Международной конференции студентов и аспирантов по фундаментальным наукам "Ленинские го-ры-95" (Москва, 1995), Международной научно-практической конференции "Экология и охрана окружающей среды" (Пермь, 1995), заседаниях Ученого Совета химико-биологического факультета СГУ (1995, 1997, 1999 гг.).

По материалам диссертации опубликовано 20 работ.

Автор выражает искреннюю признательность и благодарность преподавателям и сотрудникам кафедры ботаники Сыктывкарского университета за консультации и поддержку при выполнении диссертационного исследования, Г.С. Шушпанни-ковой, H.H. Лобовикову и З.В. Коноваловой также за совместную работу в поле и обработку материала. Искренняя благодарность руководителю МГП при СГУ В.А. Соловьеву за организацию экспедиций в 1991-1992 гг.; студентам, помогавшим в сборе и обработке материала М. Шутковой, Э. Дружининой, Н. Владимировой, И. Деминой. Автор благодарит за консультации C.B. Дегтеву - зав. лабораторией геоботаники и рекультивации Института биологии Коми научного центра УрО РАН и сотрудников этой лаборатории Г.В. Железнову и Т.Н. Пыстину за определений мхов и лишайников. Особая

благодарность научному руководителю работы к.б.н., доценту, заслуженному деятелю науки Коми ССР Надежде Петровне Акульшиной за всестороннюю помощь и поддержку в периоды сбора, обработки и написания диссертационной работы.

Глава 1. Природные условия района исследования.

Географическое положение и геология определяются расположением территории исследования на Европейском Северо-Востоке России (67°09'с.ш., 56°21'в.д.) (рис.1) в пределах Большеземельского района Северопечорской подобласти Печорской области, принадлежащей к Русской платформенной равнине (Геоморфологическое районирование СССР..., 1980). Равнина представляет собой платформу, фундаменты которой образуют кристаллические породы докембрийского происхождения, залегающие в Печорской низине на глубине 6-8 км и покрытые толщами палеозойских и мезозойских отложений.

Печорская низменность - это область опускания с весьма сложным строением. Коренные породы большей частью погребены под толщей четвертичных отложений, мощностью дс 100 м и более (Нейштадт, 1964; Борисов, 1970).

Вся история формирования толщи верхнекайнозойских осадков связана преимущественно с двумя крупными трансгрессивными циклами Арктического бассейна: неоген-раннеантропогеновым и среднеантропогеновым. Морская трансгрессия неоген-раннеантропогенового времени оставило толщу глин, алевритов, опоковидных глин и песков каменской (колвинской) свиты мощностью по разрезам скважин дс 100 м. С морской трансгрессией среднего антропогена связывается образование мощной (до 150 м) толщи валунны> глин и суглинков, алевритов и песков со значительным содержанием крупнообломочного материала (Барановская, Бер-довская, Сафронова, 1970) .

Основные черты геоморфологического строения территории сложились в неоген-четвертичное и четвертичное время, которое характеризуется неоднократными тектоническими перестройками (Зархидзе, 1970). В формировании современного рельефа большое значение имела деятельность экзогенных факторов, в частности ледниковой, водно-ледниковой и речной эрозии.

Рис.1 Расположение анализируемых ЛФ лесотундры • - исследованная ЛФ (Харьягинск)

О - ЛФ других авторов (Петровский, Ребристая, 1965;

Ребристая, 1977; Флора Северо-Востока ..., 1974-1977)

Северная часть Печорской депрессии, именуемая Болыие-земельской тундрой, представляет холмистую равнину. Специфической чертой морфоскульптуры ее водораздельных пространств является сочетание вытянутых возвышенностей грядового характера "мусюров" с разнообразными по размерам холмистыми формами, сложенными рыхлым материалом (Атлас Коми АССР, 1964).

Западная часть Болыиеземельской тундры разделена в геоморфологическом отношении на северную и более значительную по площади южную часть. Границей между ними является водораздельный «Земляной хребет» или Болыиеземель-ский хребет Шренка, представляющий конечно-моренные образования 3-го, валдайского оледенения. Морена 1-го (дне-петровского)оледенения, по-видимому, нигде не выступает здесь на поверхность и сохранилась только в глубинных впадинах доледникового рельефа. Отложения 2-то (московского) оледенения почти не играют роли в современном рельефе. Они покрыты осадками частично размывшей их боре-альной трансгрессии и мореной 3-го (валдайского) оледенения. Современный геоморфологический облик северной части Болыиеземельской тундры определяется именно развитием покрова 3-го оледенения и прекрасной сохранностью его конечно-моренного ландшафта (Варсанофьева, 1960).

Для изучаемой территории характерна равнинность рельефа и небольшие (от 30 до 85 м) колебания высот. Равнинную поверхность тундры пересекают в разных направлениях невысокие пологие (с уклоном 5-10°) гряды, хребты и холмы. По понижениям между холмами и грядами протекают реки и ручьи. Течение рек спокойное, долины широкие, терраси-

рованные. Имеется множество озер. Низины в южной и восточной частях территории сильно заболочены (Макеев, 1935) .

Климат района определяется его положением на крайнем Северо-Востоке Европейской части России и характеризуется как умеренно-континентальный (Алисов,1956; Атлас Коми АССР, 1964; Атлас по климату и гидрологии..., 1997) . Он формируется в условиях малого количества солнечной радиации зимой, влияния северных морей и интенсивных переносов воздушных масс. Большую часть времени территория находится под влиянием арктического воздуха и частого воздействия циклонов. Для района характерна длительная умеренно-суровая зима, прохладное лето, короткие безморозный период и период активной вегетации, пониженное количество осадков, очень малые величины испарения и избыточное увлажнение. Суммарная солнечная радиация 7 0-8 0 ккал/см2 (Географический атлас СССР, 1981).

Ниже приводятся данные из "Атласа по климату и гидрологии ..."( 1 997 ) для наиболее близкого метеорологического поста Мишвань (бб°58'с.ш., 65°50'в.д.). Продолжительность периода со среднесуточной температурой выше 0°С составляет 140-150 дней (табл.1). Вегетационный период, со средней суточной температурой выше 5°С, длится 100-110 дней. Благодаря доступу арктических воздушных масс обычны поздние весенние и ранние осенние заморозки (Алисов, 1956). Частые ветры северных румбов в летнее время также осложняют термическую напряженность вегетационного периода. Средняя температура в июле +12°С, влажность воздуха 6075%. Период с отрицательными температурами длится до 24 0

дней. Средняя годовая температура равна -5°С. Средняя температура самого холодного месяца (января) -19°С. Суровая зима объясняется удаленностью лесотундры от морского побережья и близостью к переохлажденным внутренним регионам Евразии (Борисов, 1970).

Таблица 1

Климатические условия окрестностей пос. Харьягинск

(по метеорологическому посту Мишвань)

Показатели Величины

Продолжительность периода с /и^^

Выше 5° 100-110 дней

Выше 0° 140-150 дней

Безморозный период 70-80 дней

Средняя годовая температура -5 °С

Средняя температура января -19 °С

Средняя температура июля +12 °С

Годовое количество осадков 600 мм

Высота снежного покрова 50 (80) см

Относительная влажность воздуха (июль) 60-65%

В связи с удаленностью от побережья и с наличием редколесий скорость ветра в лесотундре несколько меньше 4eiv в тундре, а снежный покров распределен более равномерно. Устойчивый снежный покров образуется в середине октября, его средняя высота 60 см (иногда до 150 см) . Годовое количество осадков б00 мм больше всего их выпадает в августе (около 70 мм).

Почвы. Почвообразующими породами района исследование являются четвертичные отложения. Они представлены слабо-галечниковыми моренными суглинками (тяжелые и средние бурые суглинки с галькой и редкими валунами диаметром дс 10-15 см) и песчаными отложениями вдоль рек (Лавров, 1970; Забоева,1975).

Особенностью структуры почвенного покрова лесотундры является образование в дренированных условиях на суглинистых почвообразующих породах двух разных зональных подтипов почв: тундровых поверхностно-глеевых оподзоленных под лишайниково-моховыми кустарничковыми тундрами и глеепод-золистых пропитанно-гумусовых почв под елово-березовыми редколесьями с ерниково-гипновым покровом. Вдоль рек почвы представлены гумусово-