Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

Состояние кедровых лесов в условиях воздействия нефтегазодобычи в Ханты-Мансийском автономном округе

ВАК РФ 06.03.03, Лесоведение и лесоводство, лесные пожары и борьба с ними

Текст научной работыДиссертация по сельскому хозяйству, кандидата сельскохозяйственных наук, Морозов, Андрей Евгеньевич, Екатеринбург

Министерство общего и профессионального образования

Российской Федерации УРАЛЬСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ ЛЕСОТЕХНИЧЕСКАЯ АКАДЕМИЯ

Морозов Андрей Евгеньевич

Состояние кедровых лесов в условиях воздействия нефтегазодобычи в Ханты-Мансийском автономном округе

Специальность 06.03.03. - Лесоведение и лесоводство;

лесные пожары и борьба с ними

Диссертация на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

Научные руководители: доктор сельскохозяйственных наук, профессор, академик РАЕН, заслуженный деятель науки РФ H.A. Луганский; Кандидат сельскохозяйственных наук, доцент C.B. Залесов

Екатеринбург - 1999 г.

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение............................................. 5

Глава 1. Воздействие нефтегазодобычи на леса..................9

Глава 2. Программа, методика и объем работ......................44

2.1. Программа работ............................................................44

2. 2. Методика исследований................................................46

2.3. Объем работ....................................................................56

Глава 3.' Природные условия района исследований..............59

3.1. Географическое положение..........................................59

3.2. Климат..............................................................................60

3.3. Рельеф и почвы..............................................................62

3.4. Характеристика лесного фонда..................................67

3.5. Устойчивость природных комплексов к , • нефтесолевому загрязнению........................................76

Глава 4. Опытные объекты..........................................................79

4.1. Лесоводственно-таксационная характеристика пробных площадей..........................................................79

4.2. Почвы пробных площадей..............................................104

Глава 5. Влияние газовых факелов на кедровые

насаждения........................................................................109

5.1. Таксационные показатели древостоев......................109

5.2. Санитарное состояние.................................112

5. 3. Строение древостоев по диаметру............................125

5.4. Параметры крон деревьев............................................129

5.4.1. Строение древостоев по диаметру крон.... 129

5.4.2. Связь между диаметрами крон

и диаметрами деревьев......................................135

5.5. Показатели прироста деревьев..................................144

5.5.1. Радиальный прирост.......................................144

5.5.2. Прирост по высоте..............................................152

5.5.3. Прирост по объему..............................................161

5.6. Морфологические параметры хвои..............................167

5.7. Химический состав хвои..............................................176

5.8. Химический состав лесной подстилки......................179

5.9. Химический состав почв..............................................182

5.10. Характер снегораспределения..................................187

Глава 6. Влияние почвенного загрязнения нефтесолевыми

продуктами на кедровые насаждения......................192

6.1. Таксационные показатели древостоев......................192

6. 2. Санитарное состояние..................................................194

6. 3. Строение древостоев по диаметру............................201

6.4. Показатели прироста деревьев..................................202

6.4.1. Радиальный прирост............................................202

6.4.2. Прирост по высоте..............................................208

6.4.3. Прирост по объему..............................................208

6. 5. Морфологические параметры хвои..............................213

6. 6. Развитие эпифитной лихенофлоры..............................215

Глава 7. Влияние автодорог на лесные насаждения............218

7.1. Подтопление и затопление территорий....................218

7.1.1. Таксационные показатели древостоев............218

7.1.2. Санитарное состояние........................................220

7.1.3. Строение древостоев по диаметру..................224

7.2. Состояние лесных опушек и кулис............................226

Глава 8. Общая оценка воздействия нефтегазодобычи

на лесные насаждения и основные приемы

рекультивации нарушенных земель..........................230

8.1. Интенсивность воздействия на окружающую среду

в пределах нефтегазодобывающего района....... 230

8.2. Состояние горимости лесов.............................239

8.3. Классификация нарушенных лесных земель..............243

8.4. Рекоменндации по рекультивации нарушенных

земель..............................................................................248

Общие выводы и предложения производству............................254

Литература......................................................................................260

Приложения......................................................................................287

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы. Нефтегазодобыча - одна из самых экологически вредных отраслей промышленности. Значительная землеем-кость, загрязненность окружающей среды, высокая пожаро- и взры-воопасность производственных объектов, большая протяженность транспортных путей, коммуникаций, нефте- и газопроводов обусловливают колоссальный прессинг на окружающую среду. В то же время на долю нефтяной промышленности в Тюменской области приходится около 70% годового объема производства. Недра области содержат около 60% всех разведанных запасов нефти в стране. За время освоения нефтяных месторождений добыто более 6 миллиардов тонн нефти. При существующих темпах отбора оставшихся запасов хватит еще на ближайшие 40 лет эксплуатации (Конев, 1995).

Негативное техногенное воздействие нефтегазодобычи на лесные насаждения усиливают суровые климатические условия региона, так как более 80% всех запасов Тюменской нефти сконцентрировано в Ханты-Мансийском автономном округе (ХМАО), расположенном в основном в северной и частично средней подзонах тайги. Особенно большой ущерб наносится лесам Гослесфонда, поскольку подавляющая часть месторождений нефти расположена на его землях , а интересы лесного хозяйства при строительстве и эксплуатации месторождений нефти постоянно игнорируются.

Восстановление нарушенных лесных экосистем длится десятки лет и требует значительных материальных и трудовых затрат. Эффективность рекультивационных мероприятий во многом зависит от глубины трансформации лесных земель, определить которую невоз-

можно без всесторонних исследований механизма воздействия нефтегазодобычи на лесные экосистемы. Кроме того, анализ отрицательных воздействий нефтегазодобычи на лесные экосистемы позволит разработать методики определения ущерба, причиняемого лесному хозяйству, а также систему мероприятий, направленных на минимизацию ущерба.

Актуальность нашей работы определяется изучением видов, форм и глубины воздействия нефтегазодобычи на кедровые леса, предложениями по рекультивации нарушенных земель, а также тем, что она выполнена по заказу Экологического фонда ХМАО.

Цель и задачи исследований. Основная цель работы - изучение на примере четырех месторождений нефти влияния различных факторов нефтегазодобычи на состояние кедровых насаждений в подзоне средней тайги ХМАО. Для достижения поставленной цели исследован широкий круг вопросов, связанных с трансформацией древостоев, анализом горимости лесов, аэротехногенным загрязнением территории, классификацией нарушенных лесных земель и.рекомендациями по их рекультивации.

Научная новизна. Проведено изучение строения кедровых древостоев исследуемого лесорастительного региона, исследовано влияние различных факторов нефтегазодобычи на качественные и количественные характеристики кедровников, в том числе на биохимические и морфологические показатели хвои, химический состав почв и лесной подстилки. Впервые для района исследований вычислены уравнения связи диаметров крон деревьев кедровых древостоев с диаметрами стволов, исследовано влияние нефтегазодобычи на указанные взаимосвязи. Изучено влияние факелов разной мощности на состояние кедровников сфагновых и зеленомошных. Проведена

сравнительная оценка санитарного состояния кедровых древостоев по различным методикам, выявлена шкала оценки санитарного состояния, наиболее приемлемая при выполнении экологического мониторинга лесов в районах интенсивной нефтегазодобычи. Впервые изучено состояние эпифитной лихенофлоры в пределах нефтяных месторождений. Исследовано влияние загрязнения нефтью и сильноминерализованными подземными водами на состояние кедровников сфагновых и зеленомошных. Обследовано состояние лесных опушек и кулис вдоль промысловых автодорог. Проведено исследование влияния аэротехногенного загрязнения в пределах изучаемых месторождений на состояние кедровых лесов, вычислены приземные концентрации различных поллютантов с использованием современных методов математического моделирования, выявлены основные источники загрязнения. Выполнен анализ горимости лесов в пределах месторождений, разработана классификация нарушенных земель и определена их доля в общей площади месторождения. Для каждой категории нарушенных земель приведен перечень рекомендуемых рекульти-вационных мероприятий. Многие исследования носят пионерный характер.

Практическая ценность работы. Результаты работы могут быть использованы при проведении экологического мониторинга лесов в районах нефтегазодобычи, разработке и выполнении различных региональных экологических программ, проектировании и выполнении лесохозяйственных работ на деградированных землях. Отдельные результаты работы могут быть использованы при проведении лесоустроительных работ на территории нефтегазодобывающих районов. Кроме того, фактические материалы могут быть использованы при составлении методики оценки ущерба, наносимого лесному хозяйс-

тву при добыче нефти и газа. Основные положения диссертации целесообразно использовать при проведении занятий по лесоводству, лесоведению, экологии и охране окружающей среды в высших учебных заведениях.

Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались на международной научной конференции "Растительный' покров Севера в условиях интенсивного природопользования" (Архангельск, 1997), Свердловской областной конференции "Вклад ученых и специалистов в развитие химико-лесного комплекса" (Свердловск, 1997), международной конференции "Ecology of taiga forests" (Сыктывкар, 1998), на научно-практическом семинаре, посвященном международной выставке "Уралэкология - 98" (Екатеринбург, 1998), V молодежной научной конференции "Актуальные проблемы биологии" (Сыктывкар, 1998), международной научно-технической конференции "Социально-экономические и экологические проблемы лесного комплекса" (Екатеринбург, 1999).

Публикации. Материалы научных исследований опубликованы в И печатных работах.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, 8 глав, общих выводов и предложений производству, списка литературы из 247 наименований отечественных и зарубежных авторов. Материал изложен на 170 страницах машинописного текста и включает 33 таблицы, 49 рисунков и 36 приложений.

ГЛАВА 1. ВОЗДЕЙСТВИЕ НЕФТЕГАЗОДОБЫЧИ НА ЛЕСА

Проблема изучения влияния нефтегазодобычи на окружающую среду привлекла внимание ученых сравнительно недавно. Одними из первых к ней обратились зарубежные авторы (Minshall, Helson, 1949; Havls et all, 1950; Currier, Peoples, 1954; Van Overbeek, Blondean, 1954; Cuille, Blanchet, 1958 и другие). В нашей стране эта тема стала актуальной в конце 60-х годов XX века, когда в Западной Сибири началась интенсивная разработка нефтяных месторождений. Лозунг "Нефть - любой ценой" обернулся грубыми нарушениями технологии при строительстве буровых площадок, нефтепроводов и других промысловых объектов, что впоследствии привело к массовым авариям и загрязнению больших площадей. В числе работ, посвященных изучению антропогенных изменений в ландшафтах следует отметить работы К.И. Дьяконова (1974), A.M. Рябчи-кова (1974), Г.Б. Денисовой (1976), В.И. Прокаева, С.А. Мамаева, И.И. Шиловой (1975, 1977, 1978, 1979, 1988), Г.С. Кессель-мана, Э.А. Махмудбекова (1981), Ю. К. Шуйцева (1982, 1983), М.А. Глазовской, Ю.И. Пиковского, Т.И. Коронцевич (1983), Ю.И. Пи-ковского (1983), В.В. Батояна (1983), Е.М. Никифоровой (1983), Г.Ю. Терентьева, П.М. Хомякова (1993), Л. И. Мельцер, Д. В. Мос-ковченко (1995), Л.В. Михайловой (1995), А.Г. Хуршудова (1995) и др. Значительный вклад в изучение данной проблемы внесли ученые Тюменской ЛОС (Вегерин и др.,1986; Вегерин, Захаров, 1986; Вегерин, Захаров, 1987; Вегерин, Захаров, Ахметвалеев, 1987;

Технические указания..., 1987; Разработать рекомендации____

1987; Вегерин, Захаров, 1988; Разработать рекомендации, 1990;

Лесоводственные требования..., 1990; Гашева, Гашев, Соромотин, 1990; Гашев, Казанцева, Рыбин, Соромотин, 1991; Казанцева, 1994; Исследование..., 1995; Чижов, 1995; Соромотин, Гашев, Казанцева и др., 1995; Семенюк, 1998; и другие). В целях предотвращения нарушений природных комплексов сотрудниками Тюменской ЛОС были разработаны Лесоводственные требования к размещению, строительству и эксплуатации объектов нефтегазодобычи на землях лесного фонда Западной Сибири (1990). Однако утверждения государственными органами лесного хозяйства они не получили. Таким образом, проблема оптимизации ведения лесного хозяйства в районах интенсивной нефтегазодобычи остается актуальной.

Исходя из ведомственных материалов, наших работ, а также литературных источников (Прокаев и др., 1979; Кессельман, Мах-мудбеков, 1981; Пиковский, 1988; Исмаилов, 1988; Солнцева, 1988; Оборин и др., 1988; Гашева и др., 1990; Гашев и др., 1991; Елизаров, Огибин, 1995; Исследование..., 1995; Чижов, 1995), деградация лесов в условиях нефтегазодобычи происходит по следующим направлениям:

1. Сдвиг северной границы лесов к югу.

2. Снижение водоохранно-защитных функций лесов на больших пространствах.

3. Снижение лесистости за счет отторжения лесных земель. По данным Ф.П. Елизарова и Б.Н. Огибина (1995), в Усинском районе республики Коми лесистость на различных месторождениях нефти снизилась на 9-12%.

4. Гибель лесных экосистем в результате повреждения нефтью, буровыми растворами и минерализованными водами, в результате чего сокращаются лесопродуцирующие площади.

- и -

5. Ухудшение состояния или гибель лесных экосистем из-за подтопления территории в связи со строительством дорог, нефтепроводов и других объектах на насыпных грунтах без учета естественных водотоков, что усиливает процессы заболачивания.

6. Ухудшение условий среды за счет поднятия грунтовых вод и поражения технологическими ингредиентами, что вызывает падение производительности лесных насаждений и снижение запасов лесных ресурсов.

7. Смена лесных экосистем на болотные.

8. Дигрессия лесных насаждений под воздействием функционирующих факелов.

9. Упрощение компонентной и морфологической структуры лесных насаждений, а также сокращение видового разнообразия растительности лесных экосистем.

10. Нарушение и ухудшение генофонда лесной флоры.

11. Ухудшение лесорастительных свойств почв и подавление почвенной биоты, дестабилизация аэробных и усиление анаэробных процессов.

12. Разрушение структуры, видового разнообразия и численности дикой лесной фауны.

13. Образование различных форм мезо- и микрорельефа техногенного происхождения, отрицательно влияющих на лесные экосистемы (лесосечные и торфяные завалы, песчаные карьеры и пустоши ит. п.; см. Прокаев и др. , 1979).

14. Многократное возрастание числа лесных пожаров, что ускоряет деградацию лесов на больших площадях.

15. Усиление процессов ветровала и увеличение захламленности лесов.

Высокий техногенный прессинг на окружающую среду обусловливается высокой насыщенностью территории нефтяных месторождений промышленными объектами. По данным Г.Б. Денисовой (1976) на 1 км2 приходится в среднем 20 объектов - источников загрязнения, связанных со сбором и хранением нефти, и 14,8 км на 1 км2 - линейных сооружений, в том числе 11 км подземных трубопроводов. По характеру территориального распределения антропогенных воздействий на естественные геокомплексы выделяются "площадные", "линейные" и "точечные" нарушения (Куницын и др., 1969). Площадные представлены нарушениями, которые охватывают значительные территории (насосные станции, буровые площадки и т. д.). Линейные воздействия выражены в виде линейно-вытянутых антропогенных модификаций естественных геокомплексов (просеки, территории вдоль нефтепроводов, дорог и т. д.). Точечные нарушения - это обычно участки округлой формы и незначительных размеров (загрязнения у скважин и т. д.), имеющие наибольшее распространение (Прокаев и др., 1979).

По нарастанию отрицательного воздействия на леса объекты нефтегазодобычи можно расположить в следующей последовательности (Исследование..., 1995):

Линейные - трассы сейсмопрофилей, ЛЭП и линии связи, трассы перетаскивания буровых установок, газопроводы, водоводы, автодороги, нефтепроводы.

Площадные - базы производственного обслуживания, установки компрессорного газлифта, компрессорные станции перекачки попутного нефтяного газа (КС), карьерные выемки, кустовые насосные станции заводнения нефтяных пластов (КНС), дожимные насосные станции (ДНС), центральные пункты сбора и подготовки нефтепро-

мысловой продукции (ЦПС), буровые площадки.

Около 50% земель, отводимых для нужд нефтегазодобычи, приходится на линейные объекты и 45% - на площадные. В период с 1980 по 1990 годы ежегодно по Тюменской области отводилось 30-50 тысяч га под строительство линейных и 25-50 тысяч га -под строительство площадных сооружений (Разработать рекомендации. .. , 1990). Причем, площади земель, нарушенных в процессе строительства и эксплуатации нефтя