Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Рекультивация земель, сукцессии лесных и болотных фитоценозов северной тайги Западной Сибири после нефтяного загрязнения

ВАК РФ 03.02.08, Экология (по отраслям)

Автореферат диссертации по теме "Рекультивация земель, сукцессии лесных и болотных фитоценозов северной тайги Западной Сибири после нефтяного загрязнения"

На правах рукописи

Черкашина Мария Викторовна

РЕКУЛЬТИВАЦИЯ ЗЕМЕЛЬ, СУКЦЕССИИ ЛЕСНЫХ И БОЛОТНЫХ ФИТОЦЕНОЗОВ СЕВЕРНОЙ ТАЙГИ ЗАПАДНОЙ СИБИРИ ПОСЛЕ НЕФТЯНОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ

03.02.08 - экология (биология)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

3 О МАЙ 2013

005061ГДО

Тюмень - 2013

005060252

Работа выполнена в филиале ВНИИЛМ «Сибирская лесная опытная станция»

Научный руководитель: доктор сельскохозяйственных наук,

зам. директора по науке филиала ВНИИЛМ «Сибирская лесная опытная станция» Чижов Борис Ефимович

Официальные оппоненты: Соромотин Андрей Владимирович,

доктор биологических наук, доцент, директор НИИ экологии и РИПР

Салангинас Людмила Алексеевна,

доктор биологических наук,

зам. директора по науке и внедрению

ЗАО НПС «Элита-комплекс»

Ведущая организация: Институт проблем освоения Севера

СО РАН

Защита диссертации состоится 26 июня 2013 г. в 14-00 часов на заседании диссертационного совета Д 220.064.02 при Государственном аграрном университете Северного Зауралья по адресу: 625003, г. Тюмень, ул. Республики, д. 7. Тел./факс: (3452) 46-87-77; E-mail: dissTGSHA@mail.ru

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Государственного аграрного университета Северного Зауралья.

Автореферат разослан «17» мая 2013 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат с.-х. наук

Литвиненко Н.В.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Разливы нефти на территории нефтяных месторождений Западной Сибири приняли характер экологического бедствия, а прирост загрязненных территорий из-за возрастающей аварийности трубопроводов кратно превышает площади рекультивируемых земель. В лесном фонде Ханты-Мансийского автономного округа накапливаются огромные загрязненные нефтью территории, которые будут оставаться экологически опасными более 20 лет, ухудшая качество воды, продуктов питания, снижая продуктивность биоресурсов, нарушая природные ландшафты.

Исследование эффективности применяемых методов рекультивации, сукцессии растительности на нефгезагрязненных и рекультивированных землях, значение сеяных трав в формировании новых фитоценозов является актуальным.

Цель исследований - изучение эффективности современных методов очистки почв от нефтяного загрязнения, особенностей деградации и демутации живого напочвенного покрова лесных и болотных фитоценозов после нефтяного загрязнения и проведения рекультивационных мероприятий.

Задачи исследований:

1. Изучить динамику содержания и фракционный состав остаточных нефтепродуктов на разливах нефти, оставленных под естественное самоочищение или подвергнутых рекультивации.

2. Выявить причины отмирания и условия выживания растений при нефтяном загрязнении.

3. Изучить факторы, лимитирующие восстановление растительного покрова на землях, подвергшихся нефтяному загрязнению.

4. Определить роль аборигенной растительности и сеяных трав в демутационных процессах фитоценозов рекультивированных участков.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Отмирание и частичное выживание растений на нефтяных разливах определяется глубиной проникновения нефти в почву.

2. Рекультивация болотных почв с уровнем загрязнения более 200 г/кг методом биодеградации не обеспечивает необходимую их очистку.

3. Сукцессии фитоценозов на рекультивированных болотах определяются уровнем остаточного нефтяного загрязнения почв, нарушенностью нанорельефа, изменением уровня грунтовых вод.

4. Большинство видов сеяных трав и аборигенной флоры не могут использоваться для биоиндикации качества рекультивации.

Научная новизна. Впервые выявлены реальные масштабы и уровни остаточного загрязнения территорий, рекультивированных после аварийных разливов нефти в северной тайге Западной Сибири. Определена динамика очищения почв от нефти, длительность сохранения твердых парафинов, аренов, асфальтенов и смол. Выявлены направления сукцессий лесных и болотных

фитоценозов на нефтяных разливах и рекультивированных участках. Обоснованы виды трав для использования в качестве фитомелиорантов на болотных почвах.

Практическая значимость. Результаты исследования динамики нефтяного загрязнения почв при естественном самоочищении и после рекультивапионных работ, деградации и демутации лесных и болотных фитоценозов могут использоваться для оценки состояния эксплуатируемых месторождений нефти при оценках ущерба и выборе способов рекультивации. Данные по устойчивости растений к нефтяному загрязнению и переувлажнению могут быть использованы при подборе фитомелиорантов для биологического этапа рекультивации болотных почв. Предложен новый метод очистки болотных почв с высоким уровнем нефтяного загрязнения (срезка верхнего битумизированного слоя торфа, брикетирование и утилизация загрязненного нефтью торфа). На основании результатов исследований Сибирской ЛОС разрабатываются новые Рекомендации по рекультивации нефтезагрязненных земель.

Апробация работы. Основные результаты исследований были доложены на Международной академической конференции «Состояние, тенденции и проблемы развития нефтегазового потенциала Западной Сибири» (Тюмень, 2009), семинаре «Рекультивации лесных участков в процессе деятельности предприятий ТЭК (опыт, проблемы, пути решения)» (Пыть-Ях, 2009), на конкурсе молодых ученых ФГУ ВНИИЛМ (Москва, 2009), на Международной конференции «Окружающая среда и менеджмент природных ресурсов» (Тюмень, 2010), на Международной научно-практической конференции «Влияние нефтегазового комплекса на лесообразовательные процессы в районах Западной Сибири» (Сургут, 2011).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 10 печатных работ, в том числе 2 в изданиях, рекомендованных ВАК РФ.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 6 глав, выводов, рекомендаций, библиографического списка, включающего 260 наименований, из них 31 на иностранных языках. Работа изложена на 168 страницах машинописного текста, содержит 23 таблицы, 17 рисунков и 7 приложений.

Личный вклад автора состоит в выборе объектов, разработке программы, проведении полевых и лабораторных исследований, в обработке, анализе и обобщении результатов. В 20-летних опытах дозированного загрязнения нефтью лесных фитоценозов использованы данные Тюменской лесной опытной станции за первые десять лет наблюдений.

Автор выражает глубокую благодарность Е.В. Талиповой, А.Ю. Войниленко, JI.B. Михайловой, М.Н. Казанцевой, A.A. Кудрявцеву за помощь в сборе экспериментальных материалов и консультации.

Особую признательность и благодарность выражаю моему научному руководителю д.с.-х.л. Б.Е. Чижову за помощь при выполнении, обсуждении и написании диссертации.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ 1 Состояние исследований по рекультивации и восстановлению фитоценозов после нефтяного загрязнения

Проанализированы публикации по нефтяному загрязнению и рекультивации природных экосистем, закономерности распространения и естественной деградации нефти в почве, опыту применения биологических препаратов для деградации нефти, дигрессионно-восстановительной динамике нефтезагрязненных фитоценозов.

Установлено, что проблемы нефтяного загрязнения и рекультивации лесных и болотных экосистем отражены в многочисленных публикациях. Исследования демутации нефтезагрязненных фитоценозов в Западной Сибири после рекультивации приведены только в единичных работах (Зарубин, Аржиловская, Лиховидова, 1983; Чижов, Захаров, Шишкин, 1990; Чижов, 1998, 2011; Шепелева и др., 2006, 2007; Волегова, 2009).

Недостаточно изучено самоочищение лесных и болотных почв от нефтяного загрязнения в условиях северной тайги Западной Сибири, роль луговых сеяных трав при фитомелиорации, факторы, затрудняющие зарастание рекультивированных участков.

2 Объекты и методики исследований

Исследования выполнены в подзонах северной тайги Западно-Сибирской равнины. Основные ландшафтные комплексы района исследований представлены зеленомошно-кустарничковыми лесами и грядово-мочажинными с мелкими озерами, кустарничково-сфагновыми болотами с рямами.

Объектами исследований выбраны участки лесных и болотных экосистем с различной давностью нефтяного загрязнения и рекультивации (3-23 года).

Комплексно исследовано 60 аварийных разливов на болотах и 10 участков с дозированным загрязнением нефтью (5, 10, 20, 50 и 100 л/м2) в зеленомошной группе типов леса. Проанализировано более 200 почвенных проб на содержание нефтепродуктов. Для исследования растительного покрова заложено 108 пробных площадей. На каждой из них заложено 18-25 учетных площадок размером 1 м2.

Общее проективное покрытие и покрытие почвы отдельными видами растений производилось по общепринятым методикам (Шенников, 1964; Программа и методика..., 1974). Индексы видового разнообразия и общности рассчитаны по общепринятой методике (Лебедева, Дроздов, Криволуцкий, 2004), индекс толерантности (И) и коэффициент экологической эффективности

(Keceff) - по методике Л.А. Жуковой (2004) с использованием экологических шкал Д.Н. Цыганова (1983).

Содержание нефтепродуктов в почвах определено в экологической лаборатории химического факультета ТюмГУ методом ИК-фотометрии, содержание аренов и смол - методом флуориметрии.

Статистическая обработка материалов выполнена по стандартным методикам с использованием t-критерия Стьюдента (Лакин, 1990), а также с использованием статистического пакета анализа программы «Microsoft Excel», «Statistica».

3 Распределение и трансформация нефти в почве 3.1 Распространение и естественная деградация нефти в лесных почвах

В опытах с дозированным загрязнением нефтью лесных фитоценозов основное количество (50-80%) загрязнителя задерживается лесной подстилкой, оторфованным горизонтом и верхним (5-10 см) слоем минерального горизонта.

Глубина проникновения нефти в несчаных почвах определяется, в основном, уровнем загрязнения. При дозе загрязнения 10-20 л/м2 нефть просочилась до глубины 10-30 см. При уровне загрязнения нефтью 50 л/м2 остаточные нефтепродукты обнаружены до глубины 50 см.

Наибольшие количественные изменения загрязнения произошли в первые 3 года: содержание нефтепродуктов уменьшилось вдвое. За последующие 20 лет их содержание в подзолистых песчаных и супесчаных почвах практически не изменилось (рис. 1).

Дозы загрязнения:

О20л/ка м. песчаные почвы Р50л/ка.м, супесчаные почвы

1.

Рисунок 1 - Остаточное количество нефти в % к исходному количеству (20, 50 л/кв.м) в несчаных и супесчаных подзолистых почвах на 3-4 и 23 год после дозированного внесения

В течение первого года почти полностью испарились и вымылись фракции нефти с температурой кипения ниже 200°С. На разливах 10-23-летней давности в составе остаточной нефти преобладали твердые парафины, арены, асфальтены и смолы (Сп и более) с температурой кипения выше 300°С (табл. 1).

Таблица 1 - Фракционный состав остаточных нефтепродуктов в песчаных и __супесчаных почвах, %_

Длина углеродной цепи Температура кипения, °С Доля фракций в свежей нефти, % Годы после разлива нефти

3' 4' 10' 23

Менее Си Менее 200 71 _ _

С12-С14 200-250 11 4 _ _

с15-с,6 250-300 8 23 10 _

Более Сп Более 300 10 73 90 100 100

Примечание: на 3-ий год образцы отбирались из лесной подстилки, в остальные годы - из минеральных слоев почвы с глубины 0-10 см; «'» - данные Тюменской лесной опытной станции.

3.2 Изменение содержания и группового состава нефтяного загрязнения в торфяных почвах после рекультивационных мероприятий

При обследовании рекультивированных болотных участков установлено, что даже из лучших примеров рекультивации только 23% удовлетворяют требованиям регионального норматива по остаточному содержанию нефти в торфяных почвах (60 г/кг); 20% "показательных" участков имели остаточное загрязнение 80-195 г/кг; 57% принятых после рекультивации болотных участков содержали в торфе от 200 до 780 г/кг остаточных нефтепродуктов.

Причинами высокого содержания нефтепродуктов после рекультивации являются неполный сбор разлитой нефти, некачественные рекультивационные мероприятия; неблагоприятные климатические и почвенные условия: короткий и холодный вегетационный период, высокая кислотность сфагновых торфов.

4 Очистка почв от нефтяного загрязнения 4.1 Факторы, лимитирующие биодеградацию тяжелых фракций нефти

Применение комплексной системы мероприятий с использованием аборигенной микрофлоры по очистке болотных почв от нефтяного загрязнения эффективно при содержании нефти в торфах менее 200 г/кг. Очистка до требований регионального норматива (60 г/кг) в лабораторном эксперименте достигнута за 12 месяцев в торфах, содержавших нефти 150 г/кг, и через 27 месяцев при уровне загрязнения 180 г/кг.

4.2 Полевые эксперименты по рекультивации нефтезагрязненного болотного участка

Установлено, что в условиях Нижневартовского района даже трехкратное фрезерование с внесением Нефтедеструктора, минеральных удобрений и извести обеспечило снижение нефтяного загрязнения заодно лето только на 15%. 4.3 Опыты по срезанию и брикетированию нефтезагрязненного слоя торфа

При уровне загрязнения более 200 г/кг нами предложено срезание и утилизация верхнего битумизированного слоя торфа. Разработана методика брикетирования загрязненного нефтью торфа для сжигания в котельных, работающих на каменном угле.

5 Деградация и демутация живого напочвенного покрова на плакорных

лесных участках

Деградация лесных фитоценозов происходит как от прямого воздействия нефти на надземные и подземные органы растений, так и от косвенного ее влияния на почвенные условия: увеличение гидрофобное™ песчаных почв, усугубление анаэробных условий.

При умеренном загрязнении обессоленной нефтью (5 л/м") в сосновом кустарничково-чернично-зеленомошном лесу загрязнились только лесная подстилка и мохово-лишайниковый покров. Восстановление живого напочвенного покрова определялось сохранностью конкретных видов растений после нефтяного воздействия. Кустарнички в первые годы после загрязнения восстановили усохшие надземные органы, проективное покрытие почвы ими за 23 года увеличилось по сравнению с первоначальным на 66% (табл. 4).

Таблица 4 — Проективное покрытие почвы живым напочвенным покровом до и _ после дозированного загрязнения обессоленной нефтью (%)__

Доза нефти л/м2 Общее п роективное покрытие Полукустарнички Мхи и лишайники

До загрязнения' 1 -4 год' 23 год До загрязнения' 1-4 год' 23 год До загрязнения' 1-4 год' 23 год

Сосновый кустарничково-чернично-зеленомошный лес

5 98*0,9 5*1,0"* 78*1,8"» 21*2,1 6±0,6*"| 35+2,2*** 77±2,3 1*0,4*** 61±2,6**'

10 100*0,0 5*0,8*" 85*1,8*" 23*2,4 3±0,4*** 15±1,3" 77±2,4 1*0,3«** 84*2,4*

20 100±0,0 4±0,3"» 76*1.9*" 26*3,1 3±0.3*** 11±0,9*** 74±2,9 1*0,5*** 77*2,2

50 87±1,5 2*0,3*" 70±2,2"« 39±2.8 3±0,8*** 7і0,3*** 48±2,1 0,3*0,3*** 69*2,6***

100 89*1,4 3*0,2"* 72*2,2*" 28±2,8 2±0,4*** 11±0,8*** 61*2,5 1*0,2*** 72*3,0**

Сосновый бруснично-лишайниковый лес

5 99*0,7 4*0,2"* 78*1,8*" 20±1,4 3±0,01*** 4±0,01*** 79*2,2 1*0,2*** 79*2,3

10 100*0,0 6*0.2"* 88*1,5"* 33*2,6 3±0,01*** 3±0,01*** 67*3,3 3*0,3*** 84*2,2* "

20 97*0,8 5*0,3"* 68*2,5"* 17±1,7 2±0,3*** 3±0,01*** 80*2,3 2*0,5*** 68*2,7***

50 87* 1,4 2*0.5"* 80*1,9" 33*3,3 1±0,4*** 7±0,4*** 54*1,5 1*0,3*** 80*2,4***

100 90±1,3 1±0,5"* 70*2,1*" 30±1,4 1±0,5*** 1±0,4*** 60*2,5 - •69*2,7*

Примечание: статистически достоверное различие между проективным покрытием до загрязнения и после загрязнения: *** — Р < 0,001; ** — Р < 0,01; * — Р < 0,05; «'» — данные Тюменской лесной опытной станции.

При среднем и сильном (10-100 л/м2) загрязнении нефть проникла на глубину 10-100 см, загрязнив корневища и корневые системы трав и кустарничков. Все компоненты живого напочвенного покрова характеризовались сильным и длительным угнетением. Восстановление полукустарничков до исходного обилия не обнаружено даже по прошествии 23 лет с момента загрязнения. Их обилие меньше исходного в 5-33 раза, возобновление семенным способом затрудняется битумизированной коркой.

Мхи и лишайники в первые 4 года после загрязнения восстанавливались медленнее, чем травяной покров и полукустарнички: проективное покрытие ими не превышало 3 %. Они заселили загрязненные участки только после накопления и частичного разложения нового хвойного опада, являющегося

благоприятным субстратом для их поселения.

Деградация многолетних травянистых растений зависит от глубины расположения в почве подземных органов, дозы и глубины проникновения нефти. При слабом и среднем уровне загрязнения (1-10 л/м2) усыхают лишь надземные части растений, с увеличением дозы нефти повреждаются корневые системы трав и органы их вегетативного возобновления.

Заселение территории кустарничками до исходного обилия требует длительного (более 23 лет) времени.

6 Сукцессии фитоценозов после рекультивации загрязненных нефтью болот

Фрезерование почвы при рекультивации нефтезагрязненных участков уничтожает нанорельеф (кочки, гряды), который являлся основой для формирования естественных гетерогенных болотных фитоценозов.

6.1 Роль сеяных трав

В первый год после рекультивации преобладают сеяные травы: тимофеевка луговая (Pheleiim pratense L.), ячмень посевной (Hordeum vulgare L.), череда трехраздельная (Bielens tripartita L.) и крестовник обыкновенный (Senecio vulgaris L.).

Нами установлено, что на рекультивированных болотах сеяные луговые травы не играют определяющей роли в формировании новых фитоценозов (табл. 5). Уничтожение растительного покрова и фрезерование ускоряет разложение торфа, вызывает уплотнение и проседание торфяной залежи. В весенний период такие участки оказываются затопленными в течение 20-50 дней, что приводит к вымоканию большинства мезофитных видов сеяных трав.

Таблица 5 - Проективное покрытие (%) сеяными видами трав в зависимости от _остаточного содержания нефтепродуктов и давности рекультивации_

ОС НП, г/кг Количество пробпых площадей Год после рекультивации

3 4 5 6 7 8 9

1-60 45 32±9,6 7±4 1±1,0 0 0 0 0

80-350 42 29±9.0 5±1,7 6±2,4 0 0 0 0

351-780 23 15±10,6 1±0,5 2±1,2 0 - 0

Примечание: ОС НП - остаточное содержание нефтепродуктов; «-» — участки с данным уровнем загрязнения отсутствовали.

Уже на 3-4 год после рекультивации начинается активное заселение участков аборигенными растениями сопредельных территорий, споры и семена которых способны распространяться ветром.

6.2 Восстановление аборигенной растительности

Во второй и последующие годы после рекультивации появляются виды с мелкими летучими семенами: пушица влагалищная (Епоркогит \aginatum Ь.),

вейник пурпурный (Galamagrostis purpurea (Trin.) Trin. s.l.), пушица многоколосковая (Eriophorum polystachion L.), осока пепельно-серая (Carex cinerea Poll), рогоз {J'ypha angustifolia L.), кипрей болотный (Epilobium palustre L.), иван-чай узколистный (Chamaenerion angustifolum L.), ситник лягушачий (Juncus ranarius Song, et Perrier ex Billot), среди мхов: кукушкин лен (Polytrichum commune Hedw), сфагнум оттопыренный (Sphagnum squarrosum Crome).

При уровне загрязнения менее 60 г/кг сомкнутость растительного покрова (85%) отмечена уже на 5-ый год. При уровне загрязнения более 350 г/кг даже на 9-ый год проективное покрытие составляет всего 21% (рис. 2).

100'^° Содержание нефтепродуктов 1-60 г/кг

у = -2.Э048Х2 + ЗЗД67Х + 6,2857 Rz = 0,9813

60 40

»ПП,%

— Полиномиальная (ПП, %)

: ПП,% ; 100

80

60

Содержание нефтепродуктов 80-350 г/кг

у = -2,0476х2 + 24,524х - 5,2857 : R! = 0,8041

шшпп,%

-Полиномиальная(ПП,

ПП,% 100

80

60

40

20

0

8 9 год

Содержание нефтепродуктов 351-780 г/кг

у = -1,2857х2 + 13,114х - 12,4

R! = 0,9811 ЯШ ПП, %

-Полиномиальная (ПП,

год

Л)

Рисунок 2 - Проективное покрытие почвы (ПП, %) аборигенными видами трав в зависимости от остаточного содержания нефтепродуктов и давности рекультивации

Корреляционный анализ зависимости общего проективного покрытия почвы растениями аборигенной флоры от давности рекультивации выявил

высокую связь на участках с остаточным загрязнением 1-60 г/кг (0,80±0,091) и 80-350 г/кг (0,72±0,109). Жизнеспособные растения отмечались при уровне загрязнения торфа до 390 г/кг (0,65±0,171).

Между проективным покрытием почвы аборигенными видами и остаточным содержанием нефтепродуктов в поверхностных горизонтах почвы обнаружена тесная отрицательная корреляционная связь, увеличивающаяся со временем (табл. 6).

Применяемые для фитомелиорации виды луговых трав (череда трехраздельная (Bidens tripartita L.), тимофеевка луговая (Phleum pratense L.) и растения аборигенной флоры (пушица влагалищная (Eriophorum vaginatum L.) и многоколосковая (Eriophorum polystachion L.), осока топяная (Carex limosa L.) и вздутая (Carex rostrata Stokes in With.)), заселяющие рекультивированные участки, способны расти в широком интервале остаточного содержания нефти в торфяных почвах (до 390 г/кг), поэтому такие виды не могут использоваться для биоиндикации.

Таблица 6 - Значения коэффициентов корреляции между параметрами фитоценоза и содержанием остаточных нефтепродуктов в верхнем 20 см слое

Год после рекультивации Общее проективное покрытие почвы аборигенными видами Число видов аборигенной флоры

3 -0,58±0,203* -0,67±0,185**

4 -0,92±0,101*** -0,78±0,158***

5 -0,91±0,106*** -0,82±0,142***

6 -0,92±0,088*** -0,86±0,115***

7 -0,95±0,105*** -0,84±0,190**

8 -0,97±0,086*** -0,83±0,209**

9 -0,98±0,048*** -0,93±0,104***

Примечание. Р< 0,001 (***), Р<0,01 (**), Р < 0,05 (*).

После рекультивации меняется нанорельеф и уровень грунтовых вод. Фрезерованный торф характеризуется ровной поверхностью в отличие от исходного грядово-мочажинного типа болота, а грунтовые воды находятся обычно в 3-10 см от поверхности почвы. Большинство болотных участков после рекультивации зарастают пушицей влагалищной (Eriophorum vaginatum L.) и многоколосковой (Eriophorum polystachion L.), осокой вздутой (Carex rostrata Stokes in With.) и топяной (Carex limosa L.), вейником пурпурным (Galamagrostis pttrpitrea (Trin.) Trin.). При относительно низком уровне остаточного нефтяного загрязнения (менее 10 г/кг) на участке поселяются листостебельные мхи: при УГВ более 6 см - политриховые, при УГВ - 0-5 см - сфагновые.

Уничтожение фрезерованием нанорельефа, приближение к поверхности уровня грунтовых вод, остаточное нефтяное загрязнение препятствует зарастанию таких участков наиболее распространенными видами аборигенной

9

флоры: подбел многолистный (Andromeda polifolia L.), Кассандра обыкновенная (C'namaedaphne calyculata (L.) Moench), голубика топяная (Vaccinium uliginosum L.), багульник болотный (Ledum palustre L.), морошка приземистая (Rubus chamaemorus L.). Они не обнаружены в течение 9-ти лет после рекультивации. Поэтому после разрушения фрезерованием естественного нанорельефа, необходимо формировать искусственные формы нанорельефа, пригодные для восстановления исходного типа растительности.

Уровень флористического сходства рекультивированных участков и фона низкий. Даже через 9 лет их сходство не превышает 33% по Жаккару и 50% по Серенсену-Чекановскому (табл. 7).

Таблица 7 — Коэффициенты флористического сходства (Жаккара и Серенсена-

Чекановского) рекультивированных участков с фоном в разные годы __ после рекультивации, % _

Содержание нефтепродуктов, г/кг Год после рекультивации

3|4|5|6|7|8|9

коэффициент Жаккара

1-60 7 17 19 27 22 29 33

80-350 5 15 10 16 20 20 22

351-390 0 7 7 8 - - 7

коэффициент Серенсена-Чекановского

1-60 13 29 32 43 36 45 50

80-350 10 26 18 28 33 33 36

351-390 0 13 13 15 - - 13

Примечание: «-» — участки с данным уровнем загрязнения отсутствовали.

6.3 Видовое разнообразие сукцессионных фитоиснозов

На рекультивированных участках с уровнем остаточного загрязнения 160 г/кг индексы видового разнообразия примерно в 1,4-3 раза ниже в сравнении с фоном; при более 80 г/кг - ниже в 1,2-10 раз.

Для участков с высоким уровнем (более 80 г/кг) остаточного загрязнения характерно относительное более высокое доминирование одного или немногих видов (сеянных или аборигенных) по сравнению с контролем и менее загрязненными участками (табл. 8).

Доминантам рекультивированных участков на протяжении первых 9 лет чаще является пушица влагалищная (Eriophorum vaginatum L.). При загрязнении до 350 г/кг показатель встречаемости этого вида составляет более 50% уже на 4-5-ый год после рекультивации и почти 100% - через 9 лет. Это указывает на прочные ценотические позиции вида. Сходную динамику встречаемости (по возрастающей) имеют осока топяная (Carex limosa L.), осока вздутая (Сагех rostrata Stokes in \УИЬ.),политрихум (Polytrichum commune Hedw.), сфагнум (Sphagnum squarrosum Crome in Hoppe). При уровне загрязнения более 351-390

г/кг даже на 9-ый год встречаемость ЕпорИогит \>а%\па1ит составляет 28%, а остальных немногих видов - менее 10% (табл. 9).

Таблица 8 — Индексы видового разнообразия

Индекс Год после рекультивации Фон

з 5 ... 6 V 8 9

1-60 г/кг

D 0,88 0,80 0,78 0,63 0,78 0,75 0,82 0,81

Н 3,39 3,05 2,73 2,52 2,52 2,46 2,89 2,81

С 0,12 0,20 0,22 0,27 0,22 0,25 0,18 0,19

Е 0,83 0,78 0,66 0,68 0,76 0,74 0,81 0,78

80-350 г/кг

D 0,80 0,64 0,63 0,55 0,65 0,49 0,72 0,81

Н 2,67 2,24 2,02 1,83 1,94 1,46 2,43 2,81

С 0,20 0,36 0,37 0,45 0,35 0,51 0,28 0,19

Е 0,77 0,65 0,61 0,53 0,75 0,56 ' 0,73 0,78

351-390 г/кг

D 0 0,17 0,29 0,06 - - 0,61 0,81

Н 0 0,52 0,80 0,20 - - 1,62 2,81

С 1 0,83 0,71 0,94 - - 0,39 0,19

Е 1 0,33 0,50 0,20 - - 0,81 0,78

Примечание: индексы: Э — видового разнообразия Симпсона, Н — видового разнообразия Шеннона, С — доминирования Симпсона, Е — выравненное™ Пиелу; «-» — участки с данным уровнем загрязнения отсутствовали.

Таблица 9 - Встречаемость преобладающих видов растительного покрова в __разные годы после рекультивации, %__

Название вида Год после рекультивации

3 4 5 6 7 8 9

1-60 г/кг

Eriophorum vaginatum 23 53 88 96 84 95 99

Eriophorum polystaehyon 10 15 31 30 54 14 16

Calamagrostis purpurea 21 19 4 9 19 16 38

Carex cinerea 2 4 41 33 42 13 18

Carex limosa 0 8 4 16 23 43 54

Carex rostrata 1 0 8 7 0 31 33

Polytrichum commune 0 10 26 43 40 52 55

Sphagnum squarrosum 0 0 9 3 18 67 61

Oxycoccus palustris 0 0 3 1 0 .33 34

80-350 г/кг

Eriophorum vaginatum 14 38 67 69 73 67 80

Eriophorum polystachyon 9_ 5 19 21 49 38 23

Calamagrostis purpurea 3 8 4 4 18 5 13

Carex cinerea 0 1 21 26 22 8 ІЗ

Carex limosa 0 5 0 15 И 0 45

Carex rostrata 1 0 5 4 0 17 32

Polytrichum commune 0 0 0 16 33 0 40

Sphagnum squarrosum 0 0 0 0 0 13 37

351-390 г/кг

Eriophorum vaginatum 0 13 23 43 - - 28

Eriophorum polystachyon 0 0 4 0 - - 5

Carex limosa 0 0 0 0 - - 8_

Примечание: «-» — участки с данным уровнем загрязнения отсутствовали.

6.4 Эколого-фитоценотическнй анализ

С увеличением срока давности рекультивации возрастает роль растений олиготрофной группы, преобладающих в контроле, как наиболее приспособленные к условиям верховых олиготрофных болот и устойчивые к нефтяному загрязнению (табл. 10).

Таблица 10 - Участие (%) растений различных эколого-фитоценотических групп

в формировании фитоценоза после рекультивации на участках с разным _ остаточным нефтяным загрязнением__

Эколого-фитоценотическая группа Год после рекультивации / Содержание нефти, г/кг Фон

3 год 6 год 9 год

<60 80-350 351-390 <60 80-350 351-390 <60 80-350 351-390

Олиготрофная 28 27 0 50 56 100 70 63 100 91

Гигрофильная 24 18 0 29 22 0 20 25 0 0

Водно-болотная 24 27 100 14 22 0 10 13 0 0

Луговая и лугово-опушечная 24 18 0 7 0 0 0 0 0 0

Бореальные кустарнички и вечнозеленые травы 0 0 0 0 0 0 0 0 0 9

Во всех вариантах выявлено преобладание гигрофитов, устойчивых к нефтяному загрязнению (Eriophorum vaginaíum, Eriophorum polystachyon, Carex limosa, Carex rostrata) (табл. 11).

Таблица 11 — Участие растений различных экологических групп по отношению к

влажности почвы в формировании фитоценоза после рекультивации (%) на _участках с разным остаточным нефтезагрязнением__

Экологическая группа Год после рекультивации / Содержание нефти, г/кг

3 год 6 год 9 год Фон

<60 80-350 351-390 <60 80-350 351-390 <60 80-350 351-390

Гигрофиты 47 55 33 64 78 100 80 75 100 73

Мезофиты 29 36 33 14 11 0 10 13 0 18

Мезогигрофиты 18 9 33 14 11 0 10 12 0 9

Гигромезофиты 6 0 0 8 0 0 0 0 0 0

По индексу толерантности (И) учтенных растений по совокупности климатических и почвенных факторов (по 9 шкалам Д.Н. Цыганова, 1983) самой многочисленной оказалась гемиэврибионтная группа (К 0,57-0,67) - 42 %; доля мезобионтной (И 0,46-0,56) и эврибионтной (И больше 0,67) групп не превышает 35% и 19% соответственно. Гемистенобионты, характеризующиеся узкой экологической амплитудой, составляют 4 % от общего количества видов, встреченных на рекультивированных участках. На фоновых территориях растения представлены мезобионтами (64%) и гемиэврибионтами (36%).

Основные виды живого напочвенного покрова 7-9-летнего фитоценоза по индексу толерантности относятся к мезобионтам и гемиэврибионтам и только 1 вид является гемистенобионтом; т.е. большинство встреченных видов имеют среднюю и широкую амплитуду по большинству экологических факторов.

Наибольшие показатели коэффициентов экологической эффективности (Keceff) получены для Eriophorum vaginatum, Eriophorum polystaehyon, Carex rostrata, Carex cinerea.

Для большинства исследованных растений лимитирующим фактором является переувлажнение почвы (доля стеновалентов - 15%, гемистеновалентов - 56%).

ВЫВОДЫ

1. В лесных подзолистых песчаных и супесчаных почвах нефть претерпевает наибольшие количественные и качественные изменения состава в первые 3-4 года после загрязнения: почти полностью вымылись и испарились углеводороды с температурой кипения менее 200°С. За 20 лет общее содержание нефтепродуктов по сравнению с четвертым годом практически не изменилось. После 15 лет в почвах преобладают парафины, арены, асфальтены и смолы.

2. Восстановление лесных фитоценозов после нефтяного загрязнения определяется сохранностью конкретных видов растений, уровнем остаточного загрязнения почв, наличием битумизированной корки. При умеренном загрязнении (до 5 л/м2) восстановление исходных фитоценозов происходит в первое десятилетие, при среднем и сильном (10-100 л/м2) - требуется более 20 лет. Восстановление мхов и лишайников возможно после накопления и частичного разложения на битумизированной корке нового древесного опада.

3. Применяемые в ХМАО методы рекультивации не обеспечивают удовлетворительную очистку болотных почв от нефтяного загрязнения. Более 60 % рекультивированных участков не соответствуют требованиям регионального норматива.

4. На рекультивированных участках болот фактором, лимитирующим поселение и рост большинства растений наряду с нефтяным загрязнением, является переувлажнение почвы. Поэтому посев в качестве фитомелиорантов мезофитных луговых трав без понижения уровня грунтовых вод не эффективен.

5. В качестве фитомелиорантов можно рекомендовать виды с наибольшими показателями коэффициентов экологической эффективности и встречаемости: пушица влагалищная, пушица многоколосковая, осока вздутая, осока пепельно-серая.

6. Череда трехраздельная, тимофеевка луговая, пушица влагалищная, пушица многоколосковая, осока тоияная, осока вздутая не могут использоваться

для биоиндикации качества рекультивации, поскольку они способны расти при содержании остаточной нефти в торфяных почвах до 390 г/кг, которое недопустимо с экологической точки зрения.

7. В суровых климатических условиях северной тайги очистка болотных почв с содержанием остаточной нефти более 200 г/кг методом биодеградации неэффективна. Необходимы срезка верхнего битумизированного слоя торфа, брикетирование и утилизация загрязненного нефтью торфа.

РЕКОМЕНДАЦИИ

Для ускоренного восстановления естественной растительности болот или создания устойчивых луговых фитоценозов необходимо внедрение комплекса профилактических природоохранных и рекультивационных мероприятий:

- Быстрая и качественная послеаварийная локализация разливов и тщательный сбор нефти, создающие благоприятные условия для ускоренного микробиологического разложения нефти.

- Корректировка гидрологического режима затопленных и переувлажненных участков в сторону осушения.

- Технологии рекультивации нефтезагрязненных болот необходимо дифференцировать с учетом содержания нефти в торфе (при содержании более 200 г/кг - срезка и вывоз).

- Создание искусственного нанорельефа.

- Подбор трав-фитомелиорантов с учетом остаточного загрязнения и уровня грунтовых вод (пушица влагалищная, пушица многоколосковая, осока вздутая, осока пепельно-серая).

РАБОТЫ, ОПУБЛИКОВАННЫЕ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

Журналы, рекомендованные ВАК РФ:

1. Черкашина М.В. Деградация и демутация растений различных биоморф на участках нефтяного загрязнения / М.В. Черкашина // Лесной вестник. Изд-во: МГУЛ, 2010. № 1. С. 64-68.

2. Казанцева М.Н. Формирование растительного покрова на участке рекультивации нефтяного загрязнения в подтайге Западной Сибири / М.Н. Казанцева, М.В. Черкашина, Е.В. Талипова // Вестник Тюменского государственного университета. Тюмень, 2011. № 6. С. 25-29.

Другие публикации:

3. Чижов Б.Е. Особенности рекультивации земель, нарушаемых при нефтегазодобыче / Б.Е. Чижов, М.В. Черкашина // Леса и лесное хозяйство Западной Сибири. Вып. 8. Тюмень, 2008. С. 216-228.

4. Захаров А.И. Деградация и демутация лесных фитоценозов после загрязнения товарной нефтью / А.И. Захаров, АЛО. Войниленко, Е.В. Талипова, М.В. Черкашина // Леса и лесное хозяйство Западной Сибири. Вып. 8. Тюмень, 2008. С. 229-235.

5. Чижов Б.Е. Экологические последствия нефтегазодобычи в Ханты-Мансийском автономном округе / Б.Е. Чижов, М.В. Черкашина // Проблемы топливно-энергетического комплекса Западной Сибири: Сб. науч. тр. Тюменского отделения РАЕН. Тюмень, 2009. С. 402-417.

6. Чижов Б.Е. Рекультивация земель, нарушаемых при разведке, обустройстве и эксплуатации нефтегазовых месторождений / Б.Е. Чижов, М.В. Черкашина // Проблемы топливно-энергетического комплекса Западной Сибири: Сб. науч. тр. Тюменского отделения РАЕН. Тюмень, 2009. С. 382-391.

7. Чижов Б.Е. Особенности нефтяного загрязнения лесных и болотных экосистем ХМАО-Югры, эффективность их рекультивации / Б.Е. Чижов, A.A. Кудрявцев, Е.В. Талипова, А.Н. Знаменщиков, М.В. Черкашина // Состояние, тенденции и проблемы развития нефтегазового потенциала. Западной Сибири: Мат. Междупар. ак. конф. Тюмень, 2009. С. 490-497.

8. Михайлова Л.В. Влияние нефтезагрязненного торфа на высшие растения и остаточная токсичность почв рекультивированных болот после аварийных разливов нефти / Л.В. Михайлова, Е.А. Масленко, Г.Е. Рыбина, Ф.В. Гордеева, A.M. Цулаия, A.A. Кудрявцев, А.Н. Знаменщиков, Е.В. Талипова, М.В. Черкашина // Состояние, тенденции и проблемы развития нефтегазового потенциала Западной Сибири: Мат. Междунар. ак. конф. Тюмень, 2009. С. 497507.

9. Черкашина М.В. Сукцессии фитоценозов на рекультивированных болотных землях / М.В. Черкашина // Окружающая среда и менеджмент природных ресурсов: Тез. докл. Междунар. конф. Тюмень, 2010. С. 102-103.

10. Черкашина М.В. Лабораторные эксперименты по выявлению факторов, лимитирующих биодеструкцию тяжелых фракций нефти в торфяных почвах / М.В. Черкашина // Леса Евразии - Брянский лес: Мат. XI Междунар. конф. молодых ученых, посвящ. 80-летию Брянской государственной инженерно-технологической академии и профессору В.П. Тимофееву. М.: ГОУ ВПО МГУЛ, 2011. С. 272-274.

Подписано в печать 16.05.2013 г. Тираж 120 экз. Печать трафаретная. Заказ 067. Отпечатано в печатном цехе «Ризограф» Тюменского Аграрного Академического Союза 625003, г. Тюмень, ул. Республики, 7

Текст научной работыДиссертация по биологии, кандидата биологических наук, Черкашина, Мария Викторовна, Тюмень

Филиал Федерального бюджетного учреждения Всероссийский научно-исследовательский институт лесоводства и механизации лесного хозяйства «Сибирская лесная опытная станция»

На правах рукописи

Черкащина Мария Викторовна

РЕКУЛЬТИВАЦИЯ ЗЕМЕЛЬ, СУКЦЕССИИ ЛЕСНЫХ И БОЛОТНЫХ ФИТОЦЕНОЗОВ СЕВЕРНОЙ ТАЙГИ ЗАПАДНОЙ СИБИРИ ПОСЛЕ НЕФТЯНОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ

03.02.08 - экология (биология)

Диссертация на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Научный руководитель доктор с-х. наук Б.Е. Чижов

Тюмень - 2013

СОДЕРЖАНИЕ

Введение........................................................................................................................................................4

Глава 1 Состояние исследований по рекультивации и восстановлению

фитоценозов после нефтяного загрязнения..................................................8

1.1 Нефтяное загрязнение природных экосистем Ханты-Мансийского автономного округа - Югры......................................................8

1.2 Природные условия района исследований......................................................12

1.3 Закономерности распространения нефти на рельефе и в почвах.. 18

1.4 Применение биологических препаратов для очистки нефтезагрязненных почв....................................................................................................23

1.5 Дигрессионно-восстановительная динамика нефтезагрязненных фитоценозов................................................................................................................................29

Глава 2 Объекты и методики исследований......................................................................40

Глава 3 Распределение и трансформация нефти в почве....................................52

3.1 Распространение и естественная деградация нефти в лесных почвах..................................................................................................................................................52

3.2 Изменение содержания и группового состава нефтяного загрязнения в торфяных почвах после рекультивационных мероприятий..............................................................................................................................59

Глава 4 Очистка почв от нефтяного загрязнения........................................................67

4.1 Факторы, лимитирующие биодеструкцию тяжелых фракций нефти....................................................................................................................................................67

4.2 Полевые эксперименты по рекультивации нефтезагрязненного болотного участка......................................................................................................................72

4.3 Опыты по срезанию и брикетированию нефтезагрязненного слоя торфа........................................................................................................................................73

Глава 5 Деградация и демутация живого напочвенного покрова на

загрязненных нефтью плакорных лесных участках..............................77

Глава 6 Сукцессии фитоценозов после рекультивации загрязненных

нефтью болот..............................................................................................................................81

6.1 Фитоценотическая роль сеяных трав....................................................................82

6.2 Восстановление аборигенной растительности............................................83

6.3 Видовое разнообразие сукцессионных фитоценозов..............................88

6.4 Эколого-фитоценотический анализ........................................................................91

Выводы............................................................................................................................................................100

Рекомендации............................................................................................................................................101

Список литературы................................................................................................................................102

Приложение 1..............................................................................................................................................134

Приложение 2..............................................................................................................................................135

Приложение 3..............................................................................................................................................143

Приложение 4..............................................................................................................................................153

Приложение 5..............................................................................................................................................156

Приложение 6..............................................................................................................................................163

Приложение 7..............................................................................................................................................166

ПЕРЕЧЕНЬ УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ И СОКРАЩЕНИЙ

ЖНП - живой напочвенный покров ЛОС - лесная опытная станция

НП - сумма углеводородов, преимущественно, алифатических, определенных с помощью ИК-фотометрии, аренов и смол, определенных методом флуориметрии, ПАУ определенных методом фотометрии. ОС НП - остаточное содержание нефтепродуктов ПАУ - полициклические ароматические углеводороды ПП — проективное покрытие

Р - степень достоверности различия с контролем: Р<0,05* - на первом уровне значимости; Р<0,01** - на втором уровне значимости; Р<0,001*** - на третьем уровне значимости

ХМАО - Ханты-Мансийский автономный округ - Югра

Введение

Актуальность темы. Разливы нефти на территории нефтяных месторождений Западной Сибири приняли характер экологического бедствия, а прирост загрязненных территорий из-за возрастающей аварийности трубопроводов кратно превышает площади рекультивируемых земель. В лесном фонде Ханты-Мансийского автономного округа накапливаются огромные загрязненные нефтью территории, которые будут оставаться экологически опасными более 20 лет, ухудшая качество воды, продуктов питания, снижая продуктивность биоресурсов, нарушая природные ландшафты.

Исследование эффективности применяемых методов рекультивации, сукцессий растительности на нефтезагрязненных и рекультивированных землях, значение сеяных трав в формировании новых фитоценозов является актуальным.

Цель исследований - изучение эффективности современных методов очистки почв от нефтяного загрязнения, особенностей деградации и демутации живого напочвенного покрова лесных и болотных фитоценозов после нефтяного загрязнения и проведения рекультивационных мероприятий.

Задачи исследований:

1. Изучить динамику содержания и фракционный состав остаточных нефтепродуктов на разливах нефти, оставленных под естественное самоочищение или подвергнутых рекультивации.

2. Выявить причины отмирания и условия выживания растений при нефтяном загрязнении.

3. Изучить факторы, лимитирующие восстановление растительного покрова на землях, подвергшихся нефтяному загрязнению.

4. Определить роль аборигенной растительности и сеяных трав в демутационных процессах фитоценозов рекультивированных участков.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Отмирание и частичное выживание растений на нефтяных разливах определяется глубиной проникновения нефти в почву.

2. Рекультивация болотных почв с уровнем загрязнения более 200 г/кг методом биодеградации не обеспечивает необходимую их очистку.

3. Сукцессии фитоценозов на рекультивированных болотах определяются уровнем остаточного нефтяного загрязнения почв, нарушенностью нанорельефа, изменением уровня грунтовых вод.

4. Большинство видов сеяных трав и аборигенной флоры не могут использоваться для биоиндикации качества рекультивации.

Научная новизна. Впервые выявлены реальные масштабы и уровни остаточного загрязнения территорий, рекультивированных после аварийных разливов нефти в северной тайге Западной Сибири. Определена динамика очищения почв от нефти, длительность сохранения твердых парафинов, аренов, асфальтенов и смол. Выявлены направления сукцессий лесных и болотных фитоценозов на нефтяных разливах и рекультивированных участках. Обоснованы виды трав для использования в качестве фитомелиорантов на болотных почвах.

Практическая значимость. Результаты исследования динамики нефтяного загрязнения почв при естественном самоочищении и после рекультивационных работ, деградации и демутации лесных и болотных фитоценозов могут использоваться для оценки состояния эксплуатируемых

месторождений нефти при оценках ущерба и выборе способов рекультивации. Данные по устойчивости растений к нефтяному загрязнению и переувлажнению могут быть использованы при подборе фитомелиорантов для биологического этапа рекультивации болотных почв. Предложен новый метод очистки болотных почв с высоким уровнем нефтяного загрязнения (срезка верхнего битумизированного слоя торфа, брикетирование и утилизация загрязненного нефтью торфа). На основании результатов исследований Сибирской ЛОС разрабатываются новые Рекомендации по рекультивации нефтезагрязненных земель.

Апробация работы. Основные результаты исследований были доложены на международной академической конференции «Состояние, тенденции и проблемы развития нефтегазового потенциала Западной Сибири» (Тюмень, 2009), семинаре «Рекультивации лесных участков в процессе деятельности предприятий ТЭК (опыт, проблемы, пути решения)» (Пыть-Ях, 2009), на конкурсе молодых ученых ФГУ ВНИИЛМ (Москва, 2009), на международной конференции «Окружающая среда и менеджмент природных ресурсов» (Тюмень, 2010), на международной научно-практической конференции «Влияние нефтегазового комплекса на лесообразовательные процессы в районах Западной Сибири» (Сургут, 2011).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 10 печатных работ, в том числе 2 в изданиях, рекомендованных ВАК РФ.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 6 глав, выводов, рекомендаций, библиографического списка, включающего 260 наименований, из них 31 на иностранных языках. Работа изложена на 168 страницах машинописного текста, содержит 23 таблицы, 17 рисунков и 7 приложений.

Личный вклад автора состоит в выборе объектов, разработке программы, проведении полевых и лабораторных исследований, в обработке, анализе и обобщении результатов. В 20-летних опытах дозированного загрязнения нефтью лесных фитоценозов использованы данные Тюменской лесной опытной станции за первые десять лет наблюдений.

Глава 1 Обзор литературы 1.1 Нефтяное загрязнение природных экосистем Ханты-Мансийского автономного округа-Югры

Разведка, обустройство и эксплуатация нефтегазовых месторождений Западной Сибири менее, чем за полувековой период создали предпосылки для гармоничного использования всех природных ресурсов региона страны площадью более 80 млн.га. Нефтегазодобыча требует использования огромных земельных ресурсов. За 43 года в Ханты-Мансийском автономном округе для нужд нефтегазодобычи потребовалось в длительное и временное пользование около 682 тыс. га (Чижов, Черкашина, 2009а).

Ханты-Мансийский округ продолжает лидировать не только в России, но и в мире по чрезвычайным техногенным ситуациям, связанным с выбросами нефти и нефтепродуктов. В 80-е годы в округе ежегодно фиксировалось 150-250 аварий, в середине 90-х гг. это количество оценивалось в 2300-2500 случаев, а в 2007 году аварийность достигла максимальной величины за весь период наблюдений - 5480 случаев (Чижов, Долингер, Захаров, 2007; Соромотин, 2010; Доклад об экологической обстановке..., 2011) (рис. 1).

Рисунок 1 - Аварийность внутри- и межпромысловых трубопроводов

На особенно высоком уровне - аварийность на внутри- и межпромысловых трубопроводах, где общая плотность аварий в 150-200 раз

выше, чем на магистральных. Одна из основных причин высокой аварийности - состояние оборудования, которое физически изношено, морально устарело, характеризуется низкой степенью надежности, значительная часть его давно отработала амортизационный срок, но продолжает находиться в эксплуатации. Многие объекты требуют модернизации или коренной реконструкции, а некоторые подлежат выводу из эксплуатации (Чижов, 2011).

Источниками загрязнения окружающей среды являются аварийные порывы трубопроводов, действующие и законсервированные скважины, объекты первичной подготовки нефти и газа, нерекультивированные шламовые амбары (Чижов, Черкашина, 2009а).

Негативное воздействие нефтегазодобычи не ограничивается только участками, переданными в аренду (Соромотин, 2007). Как показало опытное лесоустройство части Аганского и Ватинского месторождений на каждый гектар, переданный под инфраструктуру нефтегазового комплекса, за пределами отведенных участков нарушается в среднем дополнительно 0,40 га (Отчет, 1986; Чижов, Черкашина, 2009а)

По данным Госгортехнадзора Тюменского округа, еще в 1996 г. более 40% магистральных трубопроводов эксплуатировалось 15-20 лет, значительная часть внутри- и межпромысловых трубопроводов - 15 лет и более (Чижов, 1998).

Разливы нефти на территории нефтяных месторождений Западной Сибири приняли характер бедствия, а прирост площадей залитых нефтью земель, из-за возрастающей аварийности трубопроводов кратно превышает площади рекультивируемых земель (Чижов, 1998, 2011).

По данным Департамента лесного хозяйства ХМАО-Югры на территории округа на 2007 г. площадь нефтезагрязненных земель составляла 7,2 тыс. га. По оценкам Сибирской лесной опытной станции, на территории Ханты-Мансийского автономного округа уже в 1997 г. имелось 399,2 км2 или 39,9 тыс.га загрязненных нефтью земель (табл. 1). По данным

Соромотина (2007, 2010), площадь земель и водных акваторий, подвергшихся нефтяному загрязнению в округе, составляет не менее 1,5 млн.га. С учетом территорий, подвергшихся загрязнению, затоплению и механическому нарушению почв, общая площадь техногенно нарушенных земель составляет, по нашим оценкам, около 1,8 млн. га. Более половины из них - лесные земли, значительная часть требует проведения рекультивационных работ. (Чижов, Черкашина, 2008, 20096).

Таблица 1 - Масштабы нефтяного загрязнения земель Ханты-Мансийского округа по состоянию на 1997 г. (Гашев и др., 1996)

Показатели Л а н д ш афты

Болота Поймы Леса Всего

Общая площадь месторождений, км2 6547,5 3565,5 13802,5 23915,5

Площадь загрязненных земель, км 306,1 31,0 62,1 399,2

Доля нефтезагрязненных земель, в % от 1,9 0.9 0,5

площади месторождения

Доля нефтезагрязненных земель, 97,1 82,3 87,4

нуждающихся в рекультивации, %

Под разработку месторождений в ХМАО-Югре резервируются и отводятся значительные площади, в среднем около 50 тыс. га на одно месторождение. В целом по округу под лицензионными участками добычи нефти зарезервировано более 11 млн. га земельных участков, или 21% от общей площади округа. Расчеты, выполненные по 235 участкам нефтедобычи, свидетельствуют, что к категории нарушенных земель следует отнести территорию в 10885,8 км , что составляет 2,04 % от площади округа (Чижов, Вавер, 2000). Подобные данные характеризуют экологическую обстановку в ХМАО-Югре как «относительно удовлетворительную». Однако площади нарушенных земель неуклонно растут и на значительной части месторождений достигают 50-75%, что позволяет оценить обстановку в этих зонах как «чрезвычайную» (Валеева, Зенько, Московченко, 2000). В районах аварийных разливов содержание нефти в почвах оценивается величинами 100-200 г/кг и более (Салангинас, 2003; Михайлова и др., 2009).

На месторождениях с длительным сроком эксплуатации доля нефтезагрязненных земель в общей площади месторождения составляет 0,5 % на плакорных ландшафтах и 0,9-1,9 % - на поймах и болотах (Чижов, 1998; Чижов, 2011).

Данные отчетности предприятий о загрязнении земель сильно занижены потому, что учету подлежат участки, загрязненные нефтью непосредственно в момент аварии и не учитываются земли, загрязняемые впоследствии при миграции разлитой нефти на смежные территории. Например, по данным Нижневартовского комитета по охране окружающей среды за 1997 год, на территории Самотлорского месторождения было зарегистрировано 1437 га нерекультивированных земель, загрязненных нефтью за предшествующие годы эксплуатации месторождения. Но при дешифрировании материалов многоспектрозональных аэрофотосъемок, проведенных в 1994 - 1995 годах, оказалось, что в результате миграции загрязнений, площадь земель загрязненных нефтепродуктами в 23 раза превысила эту величину (Отчет, 1997).

В официальных отчетах практически все разливы нефтесодержащих жидкостей происходят при авариях (отказах) на нефтепроводах, а утечки с кустовых площадок не учитываются. Результаты выполненного наземного картирования свидетельствуют о том, что на месторождениях с длительным сроком эксплуатации доля утечек с площадочных объектов составляет 50 -60 % по количеству и 40-65 % по площадям (Соромотин, 2007).

В последние годы наметилась устойчивая тенденция увеличения площади нерекультивированных нефтезагрязненных земель, прирост которых значительно превышает скорость рекультивации (рис. 2) (Отчет, 2008).

8000 -| 6000 -4000 -2000 -0 -

2002 2003 2004 2005 2006 2007 годы

—♦—площадь ежегодно рекультивируемых нефтезагрязненных земель, га —А— площадь нефтезагрязненных земель, га

Рисунок 2 - Динамика накопления и рекультивации нефтезагрязненных земель Ханты-Мансийского автономного округа-Югры (2002-2007 гг.)

По различным оценкам, ежегодные объемы разлитой в результате аварий нефти составляют от 55 до 70 тыс. т, а исчисленные суммы ущерба оцениваются в 35-45 млн. долларов. К сожалению, эти цифры не отражают реальности, поскольку нефтедобывающие предприятия стремятся скрыть действительные объемы разлитой нефти (Вавер, 1997). Оценки нанесенного ущерба далеко не полностью определяют величину реального ущерба, наносимого природе в виде накопления в почве токсичных веществ, ухудш�