Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Антропогенные изменения растительного покрова в районах нефтедобычи (Северо-Восток Европейской части России)

ВАК РФ 03.00.16, Экология

Автореферат диссертации по теме "Антропогенные изменения растительного покрова в районах нефтедобычи (Северо-Восток Европейской части России)"

МОСКОВСКАЯ ОРДЕНА ЛЕНИНА И ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ .СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ имени КА. ТИМИРЯЗЕВА

На правах рукописи УДК 581.5:504.73.054:622.323 (470.1)

ЧАЛЫШЕВА Любовь Васильенна

АНТРОПОГЕННЫЕ ИЗМЕНЕНИЯ РАСТИТЕЛЬНОГО ПОКРОВА В РАЙОНАХ НЕФТЕДОБЫЧИ (Семеро-Восток ЕпронеНскоП части России)

Специальность 03.00.16 - экология

Аитореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук г

МОСКВА - 1993

Работа выполнена в Институте биологии Коми научного центра УрО Российской академии наук

Научный руководитель - доктор биологических наук МБ. Гецен Официальные оппоненты -

доктор биологических наук, профессор Н.Г. Васильев,

кандидат географических наук А.Ф. Гуров.

Ведущая организация - Московский государственный, университет имени М.В.Ломоносова.

Защита диссертации состоится "¡6 С) ¿£р, 199^г. п^тс.ЗО на заседании Специализированного совета К 120.35.06 при Московской сельскохозяйственной академии имени КА. Тимирязева.

Адрес: 127550, Москва, И-550, Тимирязевская ул., 49. Ученый совет ТСХА. '

С диссертацией можно ознакомиться и ЦНБ ТСХА. Автореферат разослан "/£) 199^г.

Ученый секретарь Специализированного совета -кандидат биологических наук

Л.В. Мосина

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность проблемы. В России среди отраслей народного хозяйства нефтегазовый комплекс по степени отрицательного экологического воздействия на природную среду занимает одно из первых мест.

Интенсивное, особенно за последнее десятилетие, развитие нефтедобывающей промышленности на Северо-ВоСтоке России, необходимость рационального использования природных ресурсов, поиск научно-обоснованных путей и методов ликвидации негативного влияния промышленности на биосферу обусловили пристальное внимание к проблеме изучения антропогенных смен растительности в этом районе.

Настоящая работа была выполнена как часть исследований двух комплексных тем: - «Изменения природной среды под влиянием нефтедобывающей промышленности на Европейском Северо-Востоке СССР (ГР N81.047781); - «Структурно-функциональная организация ф'итоцепозов восточноевропейской тундры в условиях антропогенного воздействия'(ГР N 01.9.20 000503).

Цели и задачи работы. Основной целью данной работы является выявление особенностей формирования растительного покро-ца нарушенных участков, возникающих при разведке и эксплуатации нефтяных месторождений.

Для реализации.этой цели перед нами были поставлены следующие задачи:

- изучить видовой состав и структуру растительного покрова . нарушенных территорий в тундровой и таежной зонах севера Европейской части России;

- установить взаимосвязь эколого-биологических особенностей доминирующих видов со спецификой условий их произрастания в нефтеносных районах двух природных зон;

- исследовать характер морфологических изменений растеши! на нефтезагризненных грунтах;

Новизна исследований. Исследованы особенности формирования растительного покрова на местах аварийных нефтяных разливов и участках, возникающих в результате разведочного и эксплуатационного бурения в двух природных зонах Европейского Северо-Востока. Изучены состав и структура производных растительных сообществ. Показаны пути формирования растительного покрова в техногенных окотопах тундры и тайги. На нефтезагрязненных территориях установлена'взаимосвязь степени доминирования отдель-' пых видов растений с Их эколого-биологическими особенностями.

При этом описаны морфологические нарушения у ряда растенш бореальной группы. г

Практическая значимость работы. Полученные данные о( особенностях формирования-растительного покрова техногенные экотопов в районах нефтедобычи учтены при разработке рекомендаций по снижению негативного влияния буровых геологоразведочных работ на растительный покров Европейского Северо-Востока Результаты работы использованы в разделах «Охрана окружающе! природной среды» в составе ТЭО, проектах обустройства нефтянм; месторождений Республики Коми и при составлении экологических карт Усипского и Возейского нефтяных месторождений.

Апробация работы. Осиовныеположсиия диссертации докладывались па нау'шо-нрактнческой конференции «Охрана геологической среды в районе Тюменской Субарктики» (Новый У реп 1011 1984), Всесоюзном совещании «Проблемы охраны окружающей среды виефтиной и газовой промышленности» (Калининград, .1985) Всесоюзной научно-практической конференции «Тимапо-Печорс-кий ТПК и научно-технический прогресс» (Сыктывкар, 1986), II] Республиканском семинаре «Современные методы разведки и разработки месторождений полезных ископаемых в условиях Крайнего Севера» (Сыктывкар, 1989), Республиканских молодежных научных конференциях (Сыктывкар, 1985,1989,1993), Международной конференции «Освоение Севера и проблема рекультивации» (Сыктывкар, 1991). •

. Публикации. По теме диссертации опубликовано 15 работ.

Структура н объем работы. Диссертация состоит из введения, семи глав, заключения, списка литературы, включающего 200 ни-менований, в том числе 41 на иностранных языках и трех приложений. В диссертации 141 страница машинописного текста, включая 18 таблиц и 39 рисунков. Материалы приложения представлены^ш 51 странице.

Благодарности. Выражаю искреннюю благодарность и йриз-нательиость М.В. Гецен - заведующей лабораторией экологии и охраны тундры Института биологии, В.П. Гладкову и В.П. Братцеву - научным сотрудникам Института экономических и социальных проблем Севера Коми НЦ УрО РАН, З.Г. Гардиевской - начальнику лаборатории охраны окружающей среды НГДУ Комитсрмнефть, Н.П. Акульшииой - доценту Сыктывкарского госуииверситета им. 50-летия СССР за помощь в выполнении данной работы.

х4

Глава 1. СОСТОЯНИЕ ИЗУЕННОСТИ АНТРОПОГЕННЫХ НАРУШЕНИЙ РАСТИТЕЛЬНОГО ПОКРОВА В УСЛОВИЯХ НЕФТЯНОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ (обзор литературы)

В главе рассматривается состояние изученности проблемы антропогенных смен растительного покрова в районах промы шлейного осн'оения. Дается анализ отечественной .и зарубежной литературы по вопросам влияшшзагрязения нефти и нефтепродуктами на растительные сообщества в различных регионах.

Глава 2. ФИЗИКО-ГЕОГРАФИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ РАЙОНОВ ИССЛЕДОВАНИЙ

Исследования проводились с 1983 по 1991 г.г. на территории трех нефтегазоносных структур: Харьяпшской, Командиршорской и Возсйской (Ненецкий АО и Республика Коми). Районы работ расположены в полосе южных кустарниковых тундр и в подзоне крайпссевсрной тайги. Характеристика районов исследований дана ип основании литературных данных о климате, орографии, гидрографии, ио'шепио-раститслыюм покрове.

„ Глава 3. МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

Методика исследований включала комплекс многолетних :тационарных и маршрутных описаний. Проводили обследование шощадокотработанных буровых натерритории Командиршорской гсфтегазоносиой структуры и меет аварийных нефтяных разливов т нефтепромыслах Возейского нефтяного месторождения. Обысками изучения стали участки аварийных нефтяных разливов разно-о срока давности, обваловкп котлованов, места выжигания нефти. Степень загрязненности большинства обследованных участков по Ш.Шиловой (1977) принята за среднюю.

Стационарные наблюдения и тундре (Харьягинская нефтега-оносная структура) продолжались с 1983 по 1987 г.г. Изучалось лияние дозированны/'количестн товарной нефти и дизельного оплнва на восстановление основных доминантов растительных ообществ. Площадки модельных опытов закладывали в пятикрат-:ой повториости при уровнях загрязения 2 -16 л/м3. В тайге (Возей-кая ■ нефтегазоносная структура) влияние загрязнения товарной ефтыо на два типа растительных сообществ (ерннково-разнотрав-о-сфашопая ассоциация - участок иэбыточ нога увлажнения и ернико-азнотрашю-зеленомошная ассоциация - участок ум9рснного ув-

лажнения) изучали с 1987 по 1989 г.г. при уровнях загрязнения 0,5 - 12 л/м2. Всего и тундре и тайге было заложено 165 площадок.

Реакцию отдельных видов растений па загрязнение описывали по общепринятым методикам (Раменский, 1929; Алехин, 1938; Толмачев, 1959; Понятовская, 1964 и др.). На экспериментальных площадках в течение всех вегетационных периодов проводили учет и описание растительности, зарисовку горизонтальных проекций растений. На Техногенных участках определяли общее проективное покрытие травостоя, видовой состав, класс постоянства,гшрфомет-рические показатели (длина и ширина листьев).

Математический анализ собранного материала включал обработку эмпирических данных наЭВМ ЕС-1035 по программе VED, » разработанной лабораторией математики и вычислительной техники Института биологии Коми НЦ УрО Российской АН. Программа предназначена для аппроксимации данных функциями десяти видов.

Глава 4. ВОССТАНОВЛЕНИЕ РАСТИТЕЛЬНОГО ПОКРОВА, НАРУШЕННОГО РАЗВЕДОЧНЫМ БУРЕНИЕМ ВТУНДРЕ

4.1. Формирование растительности на площадках

отработанных буровых скважин

В условиях частично нарушенных'бурением почвенных горизонтов растительный покров формируется при наличии в субстрате жизнеспособных зачатков'растений. Субстратом для поселения растений остается сохранившаяся в виде обваловок почвенная масса : На нарушенных территориях четко прослеживается ряд сменяющих друг друга стадий, каждая из которых характеризуется специфичным набором видов.

На первом этапе поселение растений носит куртинный характер. Наряду со злаками, в формировании растительных группировок принимают участиео'тдельные виды разнотравья. Производные сообщества имеют злаконо-разнотравиый состав. Среди первых поселенцев на техногенных-субстратах, можно отметить Роа alpina, P.annua, Calamagroslis groeniandica. Небольшие куртины или отдель-, ные экземпляры растений не образуют густые зарослей и сомкнутых группировок. На склонах обваловок котлованов обильно произрастают Chamerion angiíslifolium, Equisetum arvense, E. silvaticum. Распределение растений рассеянное, ярусность отсутствует.

Восстановление растительного покрова активнее идет в переувлажненных экотопах. Облик формирующихся растительных груп-пировокздссьопрсдсляю;г хвощи и осоки. Проективное покрытие на

таких участках достигает 30-50 %, в то время как на насыпных обва-ловках и днищах котлованов-отстойников лишь 8-10 %. На 100 м2 приходится пять-семь видов сосудистых растений и мохообразных, хотя некоторые из них представлены лишь одним - двуг 1я экземплярами.

Вторая стадия восстановления растительности наступает на четвертый-пятый год после завершения работ и продолжается около четырех лет. Структура растительного покрова усложняется, а размеры площадей, покрытых растениями, увеличиваются. На пятый год растЬииями покрыто уже около 35% площади нарушений. В растительном покрове техногенных ландшафтов приблизительное восьмого года наблюдается абсолютное преобладание злаков . К этому времени растениями покрывается 75 % нарушенной территории.

В формировании растительного покрова антропогенных местообитаний наряду со злаками высока роль видов семейств Astcra-сеас, Equisetacca, Сурегассае. Видовой состав этих семейств становится более разнообразным. Преобладает групповое распределение растений. Ярусы выражены слабо.

Третья стадия наступает на 9-12-й годы зарастания и характеризуется появлением в составе растительных группировок кустар- • пиков и кустарничков. Среди этих групп растений наиболее быстро восстанавливаются виды семейства Salicaccae. Из местных кустарников нарушенные территории первыми заселяют ивы. Наиболее распространены Salixlapponum, S.glauca, S. pliylicifoha, S. rosmarinifo-lia, S. lanata. Высокая энергия роста, преобладание семейного размножения, а также способность ветвей укореняться, дают ивам преимущество при заселении антропогенных местообитаний (Скворцов, 1968).

Хуже идет внедрение в формирующиеся растительные сообщества видов семейства Betulaceae. Несмотря на комплекс приспособлении, способствующих широкому распространению ерника (Betula nana) в Субарктике, на антропогенных местообитаниях его возобновление протекает крайне медленно. Заторможенный рост, «

затрудненность семенного возобновления, низкая выживаемость всходов не позволяют ернику конкурировать с ивами (Полозова; 1966). _ '

В целом.третья стадия характеризуется большим разнообразием видового состава растительных группировок и увеличением занятой ими площади техногенного экогопа. Проективное покрытие достигает 80 %. Распределение растений в большинстве окото-пов равномерно-групповое. Начинается формирование ярусной структуры с выраженным травянистым ярусом. Моховой и кустар-

пиковый ярусы развиты пятнами. Полному восстановлению растительности на нарушенных площадях препятствует брошенное-оборудование, незахороненные остатки химреагентов.

4.2. Аитропофильная флора техногенных местообитаний ллощадноготипа - •

Флора нарушенных бурением участков Большеземельской тундры представлена 80 видами сосудистых растений из 45 родов, относящихся к 21 семейству. Десятка ведущих семейств включает 81% видов. Ведущими по числу видов являются Сурегасеае (11 .видов), Astcraccae (10 видов), Salicaceae и Роасеае (по 9 видов). Наиболее разнообразными но числу родов являются Astcraceae и Роассас; большинство семейств (36 %) представлены лишь 1-2 родами. В родовом спектре основные позиции занимают роды Salix (9 видов), Сагех (7 видов), Equiselum (6 видов). Десять родов (22 %) представлены во флоре всего 1-2 видами. Бриофлора участков, нарушенных антропогенной деятельностью, представлена печеночниками (Ptilidium ciüarc, Prcssia quadrata, Marchanlia poiymorplia) и зелеными мхами (Plcurozium schrcberi, Polylrichum commune, Polit-richum liyperboreum).

В растительных сообществах, формирующихся на техпогеп-иых местообитаниях, долнбореальных видов увеличивается до 54%. В естественной флоре тундры Северо-Востока Европейской части России она составляет ucei'o 28 % (\4артыпснко и др., 1987). В ряду долготных географических групп преобладают виды циркумполярной (48 %) и саразиатской (36 %) групп. Ценотическая роль азиатской и европейской групп, напротив,' снижается. Анализ видового состава флоры иоэко.биоморфам показывает господство многолетних трав (68%). ' . -

В системе жизненных форм Рауикиера преобладают гемик-риптофпты (48 %) и криптофиты (28 %): TuSsilago farfara, Hieracium laevigatum, Leonlodon autumnalis, Calamagrostis neglecia, C. lapponica, Rubus chamacmorus и другие.

Распределение видов растений по ценотнпам показывает преобладание лугового цепотипа (39 %). Лесной и болотный цено-типы занимают вторую позицию (14%). Высока доля сорных видог (Tripleurospermum inddorum, Tussilago farfara, Poa annua и др.) - 10 % Техногенные площади заселяются как аборигенами, так и видами-пришельцами, обладающими широкой экологической амплитудой, способными к'быстрому «захвату» освободившихся территорий.

Глава 5. ВОССТАНОВЛЕНИЕ РАСТИТЕЛЬНОГО ПОКРОВА НА УЧАСТКАХ АВАРИЙНЫХ НЕФТЯНЫХ РАЗЛИВОВ В ЗОНЕ ТАЙГИ

5.1. Фо-рмироваиие растительности

Территории, загрязненные нефтью, сосредоточены главным образом в местах ее добычи,'первичной обработки и вдоль трассы нефтепровода. Период с момента аварий до обследования иефтезаг-рязне'нных участков составляет от нескольких месяцев до семи лет. Площадь разливой колеблется от 10-20 до 15000 м2, уровень загряз-, нения - от 1-2 до 60-80 кг/м1.

Участки разливов, на которых сохраняется пленка нефти полностью лишены растительности. На небольших кочках и буграх встречаются отдельные экземпляры Eriophorum scheuchzcri, Equise-tum heleocharis. Растительный покров интенсивнее восстанавливается на переувлажненных, заболоченных участках рельефа, поскольку вода препятствует проникновению нефти в почвенные горизонты. В этих экотоиах отмечается 15 видов травянистых растений. Ведущая роль принадлежит Mcnyanthcs Irifoliata, Eriophorum russeo-lum, Carex aqualilis, Equiseium heleocharis. Ha 100 м2 приходится в среднем 4 вида. Показатель проективного покрытия колеблется от 2-3 до 30%.

В понижениях рельефа наблюдается гигрофитизация растительных сообществ, замена мезофитов на гигрофиты. На загрязненных нефтыо первично или вторично заболоченных местообитаниях обычно формируются хвощево-осоковые, вахтово-пушицие-вые и чисто вахтовые сообщества. Общее проективное покрытие при этом достигает 70-80%. \ '

Формированию растительного покрова обваловок нефтяных амбаров способствует наличие в субстрате жизнеспособных зачатков растений (семена, корневища). Субстрат, как правило, имеет суглинистый состав с примесыо торфянистой массы. В этих экотопах отмечается 64 вида травянистых растений. Большинство из них (71 %) имеютчастоту встречаемости менее 20%. Наиболее обильны в формирующихся сообществах - Equisetum arvense, Е. palustre, Rorippa palustris, Polygonum avicularc. Общее проективное покрытие - не более 35 %. Медленпое зарастание склонов обваловок, слабая их за-дерпованность, размыв склонов тормозят зарастание.

Одним из способов ликвидации нефтяных разливов является сжигание разлитой нефти. Образующаяся при этом плотная битумная корка препятствует восстановлен!!, растительного покрова. На

участках выжига нефти четырех-шестилетнего возраста общее проективное покрытие редко превышает 5-10%. Их зарастание начинается по трещинам корки. Сначала появляются небольшие латки из мхов рода Dicranella и Anisothecium, Pohlia nutans. На постоянно влажных субстратах изредка встречается Marchantía polymorpha. Проективное покрытие мхов составляет не более5 %. При восстановлении растительности чаще встречаются виды роДов Equisetum, Роа и Сагех; на хорошо дренированных субстратах высока доля Senecio congestus. Количество растений на" !00 м2 составляет от 5 до 23, в среднем - 10 видов. Общее проективное покр'ытие на местах выжигов нефти четырех-шестилетней давности не превышает 25 %.

Восстановление нефтезагрязненных заболоченных экотопов происходит при прочих равных условиях более интенсивно. Разлитая нефть п силу своих флотационных свойств не проникает в почвенные горизонты, а концентрируется на поверхности воды. Ощутимым барьером на пути нефтяных разливов являются сфагновые мхи и сфагновый очес, абсорбционные свойства которых способствуют снижению хемогенной нагрузки на почвенные горизонты (Walker et al., 1987).

5.2. Антроиофильная флора нефтепромыслов. ■

Флора нефтезагрязненных экотонов представлена 97 видами сосудистых растений из 61 рода и 26 семейств. По систематическому составу флора нефтезагрязненных экотонов представлена 10 видами споровых сосудистых и97 видами покрытосеменных растений. В то время как в естественной флоре района хвойным принадлежит ведущая ценотическая роль, на техногенных местообитаниях группа голосеменных не представлена. Десятка ведущих семейств включает 71 % видоп флоры. Среди них преобладают: Astcraccae - 14" видов, Poaceae, Cyperaceac, Ranunculaceae - по 8 видов. Высокие позиции занимают Ericaccae и Rosaceae, играющие заметную роль во флоре района. Одиннадцать семейств представлены тремя-пятыо видами, 19 имеют но одному-два представителя.

Видовое богатство естественной флоры насчитывает 350 видов из 183 родов 57 семейств (Акульшина, Шушпашшкбва, 1989). Флора нефтезагрязненных экотопов составляет лишь 28% ее общего числа видов. Изменение систематической структуры флоры нарушенных местообитаний проявляется в возрастании роли семейства Asteraccae. Семейства Fabaceae и Brassicaccae в десятке ведущих се-меств замещаются-Equisetaceae, Ericaceae, Juncaceae. Родовой спектр сходен с таковым для таежной и тундровой зон (Мартыненко и др.,

19S7). Ведущие позиции занимают роды Carcx, Salix, Equisetum (по 5 видов), Ranunculus (4 вида), Betula, Eriophorum, Calamagrostis включают по три вида. Четырнадцать родов (Polygonum, Luzula, Juncus и др.) содержат по два, а остальные шесть родов - по одному виду. ,

Географический анализ флоры иефтезагрязненных экотопов показал, что большую ее часть (57 %) составляет бореальиая фракция - 55 видов. В естественной флоре она составляет 66-70% (Акуль-ншна, Шушпашшкова, 1989). На нарушенных землях некоторое сокращение числа бореальных видов сопровождается возрастанием доли видов гипоарктической фракции с 12 до 21 %. Среди них выделяются Calamagrostis lapponica, Eriophorum russeolum, E. polystachi-on. В ряду шиоризональнььх видов техногенных местообитаний высока . цеиотическая значимость Equisetum arvense, Epilobium palustre, Роа annua, Erysimum cheranthoides, Rorippa palustris. Возрастание цено-тической роли шпоризонапмшх видов - характерная особенность растительного покрова ландшафтов, испытывающих антропогенный пресс (Мартынепко и др., 1987).

В ряду долготных групп ведущие позиции занимают виды циркуммеридионалыюй и евразиатской фракций, включающих соответственно 49 и 40 % всего видового состава. На загрязненных участках они представлены Calamagrostis lapponica, Ranunculus lap- , ponicus, Senecio congcstus, Poá pratensis, Carex rariflora, Equisetum 'arvense и др.

Большинство видов флоры иефтезагрязненных экотопов представлено многолетними травами (71 %). Наибольшим видовым разнообразием отличается группа корневищных многолетников, включающая 55 % состава флоры (Equisetum silvaticum, Е. pratense, Роа pratensis, Carcx lapponica и др.). Деревья утрачивают свою ценотическую роль.

Анализ жизненных форм свидетельствует о сохранении во флоре техногенных местообитаний господствующих позиций ге-микриптофитами (51 %) и криптофитами (2S%). Ведущая цеиотическая роль принадлежит Equisetum palustre, Eriophorum angustifoli-um. E. russeolum, E. vaginatum, Carex rotundata, C. aquatilis, Mcnyanthes triloiliaia. Наиболее активны на зарастающих ландшафтах луговые виды (33 %). Второе и третье места занимают лесной и болотный ценотипы.

Таким образом, процесс зарастания нарушенных местообитаний дет с сохранением основных зональных черт таежной зоны. С возрастанием степени нарушения темп восстановления растительного покрова снижается, увеличиваются различия в видовом составе и спектрах жизненных форм исходного и вторичного ценозов.

На дренируемых местообитаниях вторичные группировки имеют упрощенную структур, для них характерна монодоминантность и одно-двухярусность, на болотах и заболоченных участках в наземном покрове преобладают би- и полидоминантные ценозы. Это отражает общие тенденции формирования растительного покрова в районах нефтедобычи. . / .

Глава 6. ВЛИЯНИЕ УГЛЕВОДОРОДНОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ НА ВОССТАНОВЛЕНИЕ РАСТЕНИЙ В ПОЛЕВЫХ МОДЕЛЬНЫХ ОПЫТАХ

г - ""

6.1 Зона тундры

Изменение проективного покрытия Betula nana, Ledum de-cumbens, Andromeda polifolia, Vaccinium vilis-idaea, Rubus chamaemo-rus при загрязнении дозйрованиыми количествами нефти или дизельцого топлива аппроксимируется полиномом 2-й степени. Например, для ерника [уравнение (1)$ или брусники |ypai!Hcnite(2)J при уровне загрязнения 2 л/м2 функции имеет вид:

у = 61,6-0,19х + 0,0001хг, г = 0,79; (1)

у = 81,9 - 0,24х + 0,002 х2, г = 0,^0, (2)

где у - обилие вида (%), х - продолжительность действия загрязнителя (дни).

\

6.2. Зона тайги.

Для большинства изученных видов растений (Betula nana, Andromeda polifolia,Vaccinium uliginosum,.Eriophorum vaginatum, Carex rariiloraj C. cinerea, Equiseium silvaticum, Rubus chamaemorus, Mpny-anthes trifoliaia) проективное покрытие зависит от продолжительности действия загрязнителя линейно. Например, для ерника äypau-нение (3)ö верниково-разнотравно-сфагновой ассоциации при уровне загрязнения 1,5 л/м: функция имеет вид:

, у = 9,0-0,01х,т = 0,72, (3)

где у - обилие вида (%), х - продолжительность действия загрязнителя (дни).

Очень чувствительны к загрязнению нефтью сфагновые мхи. В силу особенностей биологии они легко пропитываются ею, быстро

отмирают и слабо возобновляются. В ерниково-разнотравно-сфаг-новой ассоциации надземные части кустарников и кустарничков (Vacciniiim uliginosum, V.vitis-idaca, Andromeda polifolia и др.) восстанавливаются медленнее, чем на минеральном грунте при умеренном увлажнении, поскольку разливы нефти вызывают отмирание их корней из-за отсутствия воздуха.

У ряда кустарничков хорошо развиты длинные плагиотроп-ные подземные побеги, на основе которых формируется система парциальных кустов (Серебряков, 1962; Солоневич, 1970; Мазурен-ко, 1986). Этоспособствуетрасширсншотерритории, занятой одной особыо, постановлению обилия вида. При загрязнении неф то происходит интенсивное разрастание сохранившихся особей вороники (Emрсtrum nigrum). На открытых хорошо освещенных местах экспериментальных площадок она образует- большие куртины.* Морошка (Rubus chamaemorus) - длшшокорневищный травянистый полнкарпик - обладает высокой вегетативной подвижностью, что обусловливает ее активное восстановление на участках механически х нарушений. Однако на субстратах, загрязненных углеводородами, она поселяется редко и н условиях модельных опытов восстанавливается очень медленно.

' В то же время па ряд растений неф тяное загрязнение оказывает стимулирующее действие. В переувлажненных экотопах их возобновление идет интенсивнее. Насыщенность субстрата водой препятствует проникновению нефти в почвенные горизонты. -В зарастании переувлажненных (первично- или вторичнозаболочен-пых) территорий особая роль отводится группе длшшокорневищ-ных гелофитов (Equisclum palustre, Eriophorum angustifolium, E. rus-seolum, Carcx rotundata, Menyanthes trifoliata). Основная масса кор-hcíí и горизонтально направленных корневищ у них располагается ниже уровня грунтовых вод. У вахты зависимость от дефицита воздуха в присутствии пленки нефти па поверхности воды снижает также наличие воздухоносных полостей в корневищах и стеблях. Поэтому вахта и пушицы развиваются даже на участках аварийных нефтяных разливов. В результате на нарушенных субстратах длнн-покориешпцпые гелофиты при отсутствии конкуренции способны образовывать густые заросли. ' • • __

У таких нлотподерПовиниых гелофитов как Eriophorum vagi-natum, Carcx cinerea устойчивость к нефтяному загрязнению и восстановление на иефгезагрязнениых субстратах обеспечиваются наличием плотных дерповпн. При загрязнении нефтью корпи, рас- . положенные внутри дерновины, хорошо сохраняются. Нетребовательность в отношении минерального питания, холодостойкость и

ряд других, характерных для растении этой группы экоопологичес-ких особенностей, позволяют им выжить на нефтезагрязненных участках.

Техногенный' пресс вызывает перераспределение видового . состава формирующихся сообществ по признаку более высокой устойчивости к экстремальным факторам. При этом решающее значение отводится морфологическим особенностям той пли иной группы видов.

Глава 7. МОРФОЛОГИЧЕСКИЕ ИЗМЕНЕНИЯ РАСТЕНИЙ

КАК РЕАКЦИЯ НА ЗАГРЯЗНЕНИЕ УГЛЕВОДОРОДАМИ

%

На участках аварийных нефтяных разливов и в условиях модельных опытов с дозированным и количествами нефти у ряда видов растений возникает широкий спектр морфологических отклонений.

Гигантизм. Установлены два тина увеличения размеров растений. В первом - пропорциональное увеличение- растения (Salix caprea, Betula pubcscens, В. nana) сохраняют прежний облик, изменяя тол],ко габитус. В другом - непропорциональное увеличение - нарушение соотношения между основными параметрами листа приводит к изменению общего облика растений (Ledum decumbcns, Andromeda polifolia). Нарушение пропорций идет за счет значительного увеличения ширины листьев (табл. 1, рис. 1).

Таблица 1

Средние размеры листьев растений (мм) на нефтезагрязненных территориях (п = 50. р < 0.05)

> Вид Загрязненные Контрольные

участки участки

длина ширина длина ширина

Salix caprea

137,6 ±1,2

Betula pubcscens 82,2 ±0,9 В. nana' З6',4±0,7

Ledum decumbcns 30,0 ±0,1 Andromeda polifolia , 15,1 ±0,5

60,6+0,2 64,3 + 1,1 38,5+1,5 8,6+0,3 5,2 + 0,2

81,7 + 0,5 47,2 ±0,4 12,1 ±0,1 .15,2 ±0,L 12,6±0,2

40,7 + 0,1 38,4 ±0,1 13,2 ±0,1 2,5 ±0,1 1,5±0,1

Нанизм (миниатюризация) проявляется в значительном сокращении как общих размеров растений, так и листьев. У ряда кус-

Длима, мм

Ширина, мм

5аНх Ве1и1а Веш1а Leduш Апс1готе13а саргеа риЬезсепэ папа беситЬеБ роНГоНа

Рис.1 Соотношение размеров листьев растений на контрольных и загрязненных участках

О -Контроль 0 - Загрязненный участок

тарничков и трав листья уменьшаются в 2-3 раза (табл. 2).

Таблица 2

Длина листьев растений (мм) на иефтезагрязненных участках (и = 50, р < 0,05)

Вид

Длина листа

загрязненные участки

контрольне участки

, ЕпорЬогиш уа^пашт 20,4+0,7 28,7±0,6

Е-гиББеокип 18,7±0,9 32,3±0,4

Сагех го1ип(1а1а 9,4±0,1 22,5±0,б

СЛаыосагра 12,7±0,3 27,5±0,1

С. рашпПога 11,6+0,5 29,5±0,8

Причинами, вызывающими пизкорослость, являются изменение элементного состава почвы и нарушение в растениях хода сложившихся биохимических процессов (Веселовский, Вшивцев, 1988; РемизЬв, 1988).

Олшомерпзацпя. У растений, произрастающих на иефтезагрязненных грунтах, олигомеризация выражается в сокращении у многолетних кустарничков числа замещающих побегов и уменьшении в соцветиях количества цветков. Изменение эдафических условий в результате антропогенной деятельности вызывает нарушение развития не только вегетативных, но и генеративных органов растений. На загрязненных нефтью и нефтепродуктами модельных площадках значительно сокращается потенциальная плодовая продуктивность (количество цветков в соцветиях подбела узколистного сокращается по сравнению с контролем с 6.-8 до 1-2, у багульника стелющегося с 15-20 до 1-3).

Тератологические изменения органов. При обследовании зарастающих участков нефтяных разливов нами отмечены тераты хвоща болотного (ЕяшБёинп ра^кгсуаг. БипрНаззнтшт). На разливе высота хвоща в 2-2,5 раза больше, чем на незагрязненном участке. Для подавляющего большинства хвощей на загрязненной территории характерно искривление стеблей, спиралеобразное закручивание верхушек стеблей. Приблизительно в 10 % случаев отмечается их засыхание.В литературе, посвященной растительности битуминозных грунтов, отмечено появление аналогичных уродств (искривление стеблей, утолщение или укорочение побегов, булавовидные вздутия конечных члеников стеблей) для растений пустынь и полупустынь (Несветайлова, 1953; Викторов, 1955; Востокова и др.,

1955).

У ивы и березы на нефтезагрязненных землях, часто отмечается обильное образование на листьях фитопатологических наростов (галлы). Тератологическое разрастание тканей является признаком повышенного содержания в почвах битумов, в частности 3-4-бенз(а)пирена (Никифорова, Солнцева, 19S6).

Изменение ритмараз1штш1(растений вусловиях загрязнения углеводородами. Контрольные виды (Ledum decumbens, Andromeda polifolia, Rubus hamaemorus) на загрязненных участках модельных опытов начинают вегетировать на 30-40 дней позже, чем на контрольных. Загрязнение вызывает преждевременное засыхание листьев и молодых побегов, увядание цветков в соцветиях, сокращение продолжительности цветения. Прерывается процесс сеМяобразова-ния. Выпадение отдельных фаз в цикле развития Rubus hamaemorus проявляется в засыхании цветков без формирования завязей. Это приводит к нарушению репродуктивной функции растений.

Исследовании показывают широкий спектр морфологических нарушений, возникающих у растений на нефтезагрязненных участках и расширяют список видов, для которых известна тератологическая реакция на углеводороды.

I5-

ВЫВОДЫ /

1. Анализ флоры техногенных экотопов свидетельствует о существенном обеднении ее видового состава: из 270 видов растений естественной флоры в тундре отмечено лишь 80, в тайге из 350 - 97 высших сосудистых растений. В зоне тундры формирование растительного покрова на нарушенных местообитаниях идет по' пути увеличения доли бореальных видов, а в районах крайиесевер-ной тайги в формирующихся растительных сообществах сохраняются зональные черты. • ' ' . ,

2. Естественное восстановление растительности в тундре активнее идет в переувлажненных экотопах, где уже на третий год зарастания общее проективное покрытие достигает 50%, в то время как на дренируемых элементах рельефа - не более 10 %. При всех уровнях загрязнения преимущество в заселении нефтезагрязненных грунтов имеют корневищные и плотнодерновинные миоголет-ннстравы, ценотическая рольдеревьев, кустарников и кустарничков снижается.

3. Устойчивость корневищных И плотнодерновинных видов подтверждается при дозированном загрязнении нефтью и нефтепродуктами (0,5-16 л/м2) в условиях модельных опытов.

•, ' 4. На нарушенных территориях н районах исследований отмечено упрощение вертикального строения растительности за счет формирования одно- двухъярусных ценозов.

5. Преобладающим типом тератогенных нарушений на неф-тезагрязненных участках является нанизм. Наряду с этим у ряда .видов отмечены случаи гигантизма. Под влиянием.загрязнения некоторые виды изменяют ритм сезонного развития в сторону замедления. У багульника частично выпадают фазы цветения и плодоношения, а у морошки - плодоношения (обильно цветет, но не плодоносит)/Отмечается усыхание листьев и стеблей у багульника, подбела. ' . '

1 *

По теме диссертации опубликованы следующие работы:

1. Воздействие на почпенио-раститсльный покров тундры при проведении буровых работ в Тимйно-Печорской нефтегазоносной провинции // Охрана геологической среды в районах Тюменской Субарктики. Тез. докл. науч.-практич. копф. г.Новый Уренгой - Тюмень,

1984. - С. 20-21 (соавтор В.П. Гладков).

2. Устойчивость растительности тундры к воздействию нефтепродуктов при проведении буровых разведочных работ // Проблемы охраны окружающей среды в нефтяной и газовой промышленности. Теа.Всесоюзн. совещания. Калининград, 10-12 сентября.

1985. - Москва, 1985. - С. 59-61.

3. Реакция растительности тундры на загрязнение нефтепродуктами при проведении буровых работ // Природопользование и охрана бкружающей среды Тимано-Печорского ТПК. Сыктывкар,

1986. - С. 82-93 (Труды Коми филиала АН СССР, N 76).

4. Реакция растительности тундры на механические воздействия и загрязнение нефтепродуктами // Тез. IX Коми респ. молодежи. науч. конф. Сыктывкар, 1985. - С. 8.

5. Техногенные нарушения растительного покрова тундры на этапе разведочного бурения // Влияние геолого-разведочных работ на природную среду Большеземельской тундры. Сыктывкар, 1986. -С. 49-56. (Труды Коми научного центра УрО АН СССР, N 90).

6. Изменение растительного покрова Большеземельской тундры под влиянием гусеничного транспорта // Тимано-Печорский ТПК и научно-технический прогресс. Тез. Всесоюз. науч.-практич. конф. Т.1. Сыктывкар, 1986. - С. 104-106.

7. Влияние нефтяного загрязнения на рост и развитие некоторых представителей тундровой флоры // Проблемы интенсификации горного производства. Тез. докл. науч.-практич. конф. молодых

ученых, г. Воркута, 1986.-С. 45.

8. Охрана природы'при производстве разведочных работ iia нефть и газ // Сер. Научные рекомендации - народному хозяйству.

- Вып. 62 / Коми филиал АН СССР. - Сыктывкар, 1987. - 28 с.

9. Техногенныетрансформации растительного покрова тундры в условиях углеводородного загрязнения // Взаимодействие организмов в тундровых экосистемах. Тез. Всёсоюзн. совещ. г. Воркута, 5-8 сентября, 1989 г. - Сыктывкар, 1989.-С. 181. -

10. Трансформация растительного покрова под влиянием техногенного загрязнения в условиях Севера // Современные методы разведки и разработки месторождений полезных ископаемых в условиях Крайнего Севера. Сыктывкар, 19S9. - С. 7-9 (соавтор В.П. Гладков). - '

11. Влияние загрязнения нефтью на некоторые показатели функционирования растительных сообществ // Проблемы устойчивости биологических систем. Тез. докл. Всесоюз. школы. 15-20 октября .1990 г., г.Сепастополь.-. Харьков, 1990. - С. 332-333.

12. Естественное зарастание нсфтеза!рязненных земель и опыт их рекультивации в условиях Севера // Эколого-экономические аспекты природопользования на Европейском Северо-Востоке СССР.

- Сыктывкар, 1990.- C.74-S2 (Труды Коми научного центра УрО АН СССР, N 111) (соавторы В.П. Гладков, З.Г. Гардиевская).

13. Антропогенные смены растительности нефтезагрязненных территорий // Освоение Севера и.проблема рекультивации. Тез. Мсждуп. коиф., Сыктывкар, 8-14 июля 1991 г., - Сыктывкар, 1991'. - С. 200 (соавтор В.П. Гладков).

14. Особенности формирования растительного покрова техногенных ландшафтов районов нефтедобычи на Европейском Северо-Востоке // Сер. Научные доклады - Вып. 299 / Коми научный центр УрО РАН. - Сыктывкар, 1992. - 20 с.

15. Флора нефтезагрязненных экотопов Возейского нефтяного месторождения // Рациональное использование и воспроизводство природных ресурсов. Мат-лы 11 молодежи, науч. крпф. Сык- ' тывкар, 1993. - С. 84-87.