Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

Влияние нефтегазодобычи на сосновые насаждения в условиях Ханты-Мансийского автономного округа

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

Автореферат диссертации по теме "Влияние нефтегазодобычи на сосновые насаждения в условиях Ханты-Мансийского автономного округа"



2 1 ДЕНЛЕ93

На правах рукописи

Лопатин Константин Иванович

Влияние нефтегазодобычи на сосновые насаждения в условиях Ханты-Мансийского автономного округа

Специальность 06.03.03 -Лесоведение и лесоводство; лесные пожары и борьба с ними

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

Екатеринбург, 1998

Работа выполнена в Уральской государственной лесотехнической академии

Научные руководители: доктор сельскохозяйственных

наук, профессор, академик РАЕН Н.А. Луганский; кандидат сельскохозяйственных наук, доцент C.B. Залесов

Официальные оппоненты: д.б.н., профессор А.К.Махнев.

к.с.-х.н., доцент Б.С.Фимушин

Ведущая организация (предприятие): Министерство лесного хозяйства

республики Башкортостан

Защита состоится 24 декабря 1998 г. в 10-00 часов на заседании диссертационного совета Д.063.35.01 Уральской государственной лесотехнической академии.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке академии.

Отзывы на автореферат просим направлять в двух экземплярах с заверенными подписями по адресу: 620032, г. Екатеринбург, Сибирский тракт, 37. Диссертационный совет.

Ученый секретарь диссертационного совета кандидат сельскохо?°й,~г,"*"гз"'1г

Автореферат разослан

наук, доцент

C.B. Залесов

Введение

Актуальность темы. Все более возрастающее техногенное воздействие на окружающую природную среду приводит к глубоким трансформациям лесных насаждений. Особую тревогу вызывают таежные леса, являющиеся "легкими" Северного полушария. Таежные леса Ханты-Мансийского автономного округа (ХМАО) более 30 лет испытывают небывалый техногенных прессинг, не имеющий аналогов в мировой практике (Экология..., 1997). Основными видами воздействия на леса являются: загрязнение продуктами нефтегазодобычи и физико-механическое разрушение насаждений и почв при строительстве промышленных объектов. Механизм этих воздействий и их последствия в отношении лесных насаждений до настоящего времени мало изучены, что затрудняет комплексную оценку, прогнозы дигрессионно-демутационных процессов и разработку рекультивационных мероприятий. Уникальность и ранимость лесов северной подзоны тайги вызывает необходимость скорейшего их изучения в расчете на минимизацию ущерба от нефтегазодобычи.

Цель и задачи исследований. Основная цель работы - изучение на примере Покачевского месторождения нефти влияния загрязнений нефтью с сопутствующими пластовыми водами (нефтяное загрязнение) и нефтепромысловыми сточными подтоварными водами (загрязнение подтоварными водами), а также физико-механического разрушения почв на лесные сосновые насаждения в северной подзоне тайги ХМАО. При этом стояли следующие основные задачи:

1 .Выявление особенностей естественных сосняков лишайниковых и сфагновых в условиях изучаемого лесорастительного района.

2.Изучение дигрессионно-демутацйонных процессов сосновых насаждений под воздействием нефтегазодобычи.

3.Изучение изменений в компонентах насаждений на биохимическом уровне.

4.Проведение сплошной инвентаризации техногенных нарушений в пределах Покачевского месторождения нефти для проведения ком-плекснсй оценки их влияния.

Научная новизна. Проведено изучение естественных сосняков лишайниковых и сфагновых исследуемого лесорастительного района, даны качественные и количественные характеристика компонентов насаждений данных типов леса в условиях нефтегазодобычи, в том числе их химический состав. Составлены ряды аккумуляции химических элементов и их валовой запас в доминирующих видах живого напочвенного покрова и фракциях лесной подстилки. Впервые для сосняков лишай-

никовых изучена реакция насаждений на разные степени загрязнения нефтью с сопутствующими пластовыми водами, а также подтоварной водой. Вскрыты химические изменения в хвое при воздействии критических доз нефти и подтоварных вод. Изучены дигрессионно-демутационный процесс в сосняках лишайниковых и сфагновых, происходящий в результате физико-механического разрушения лесных насаждений при строительстве трубопроводов, качественные и количественные изменения их компонентов, в том числе для части из них и химические. Проведена сплошная инвентаризация всех техногенных нарушений в пределах одного месторождения нефти. Дана комплексная оценка влияния нефтегазодобычи на основе биосферной роли лесных насаждений.

Практическая ценность работы. Результаты работы могут быть использованы при организации экологического мониторинга в лесных экосистемах, разработке и реализации различных экологических программ, в том числе по рекультивации загрязненных площадей. Кроме того, фактические материалы и основные положения диссертации целесообразно использовать в лекционных курсах по лесоведению, лесоводству, экологии, охране окружающей среды в высших учебных заведениях.

Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались на Свердловской областной научно-технической конференции "Вклад ученых и специалистов в развитие химико-лесного комплекса" (Екатеринбург, 1993, 1997), международном исследовательском форуме "Yung investegatre program" (Нижневартовск, 1996), семинаре "Учителю о лесс" (Мегион, 1997), научно-технической конференции "Итоги, проблемы и перспективы лесоводственных исследований в Тюменской области" (Тюмень, 1998).

Публикации. Материалы научных исследований изложены в 6 печатных работах.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, 7 глав, общих выводов, списка использованной литературы, где представлены Унаименование отечественных и зарубежных авторов. Основной материал изложен на 155 страницах машинописного текста, включает 38 таблиц, 27 рисунков и 13 приложений.

ГЛАВА 1. ТЕХНОГЕННОЕ ВОЗДЕЙСТВИЕ СОВРЕМЕННОМ ПРОМЫШЛЕННОСТИ НА ЛЕСНЫЕ НАСАЖДЕНИЯ И ЕГО ОСОБЕННОСТИ В ХАНТЫ-МАНСИЙСКОМ АВТОНОМНОМ ОКРУГЕ

Основной составляющей техногенеза в ХМАО является нефтегазодобыча. Изучение влияния ее на лесные экосистемы в России началось в последние 20*30 лет, в ХМАО же - в 80-х годах (Вегерин, Захаров, 1987). Ряд работ (Прокаев, Мамаев и др., 1979; Вегерин, Захаров, 1987; Чижов, 1995; и др.) посвящено установлению антропогенных изменений в ландшафтах, в том числе в лесных, выработке классификаций этих изменении и оценке количественных показателе»!. Значительные исследования в данном направлении выполнены сотрудниками Тюменской ЛОС ВНИИЛМ (Вегерин, Захаров, 1987; Отчет..., 1990; Отчет..., 1995; Чижов, 1995; Соромотин и др., 1995; и др.). Ими установлено, что нефтегазодобыча отличается многообразием разрушительных техногенных воздействий на лесные экосистемы. Основными видами воздействия являются: отчуждение лесных земель для строительства объектов, расчленение лесных массивов трассами коммуникаций, нарушение поверхностного стока, загрязнение лесных экосистем нефтепродуктами и нефтепромысловыми водами, механическое нарушение почв и грунтов и т.д.

По утверждению В.Н. Седых (1996), при строительстве трубопроводов, особенно в гидроморфных ландшафтах, происходит улучшение лесорастительных условий. Однако при физико-механическом разрушении лесных экосистем создаются почвенные и растительные аномалии, в том числе геохимические (Экология..., 1997). Для Среднего Приобья (часть ХМАО) имеется ряд работ, оцениваются нефтезагрязнение с фитоценотических позиций (Отчет..., 1990; Казанцева, 1994; Чижов, 1995; Экология..., 1997). Но данные работы не затрагивают самую широко представленную в северной подзоне тайги ХМАО группу типов леса - сосняков лишайниковых (боры беломошники). Именно эти лесные экосистемы в суровых климатических, почвенных и гидрологических условиях ХМАО не могут быть заменены другими (Листов, 1986).

Анализ литературы также показал недостаточную изученность состояния, роста, развития, строения естественных сосняков лишайниковых района наших исследований.

По мнению В.Н. Седых (1996), имеющиеся сведения по уровню воздействия нефтедобычи на природные комплексы Среднего Приобья свидетельствуют только о локальных негативных изменениях среды и далеко не раскрывают весь масштаб, возникших преобразований в

структуре лесоболотных комплексов, которые можно зарегистрировать и оценить при сплошной инвентаризации антропогенных нарушений. Продолжая тему оценю! те.хногенеза, некоторые авторы (Исаев и др., 1995; Экология..., 1997) считают необходимым производить ее, основываясь на биосферной роли фитоценозов, как депонаторов углерода и производителей кислорода.

В целом проблема влияния нефтегазодобычи на лесные экосистемы в условиях ХМАО изучена еще слабо. Это касается, прежде всего, дигрессии насаждений в зависимости от вида техногенного воздействия, темпов и времени их демугации, системы мероприятий по рекультивации земель. Особенно мало уделено внимания таким аспектам метаболизма лесных экосистем, как динамика химического состава их компонентов (хвои, опада, подстилки, живого Иалочвенного покрова) в различных условиях нефтегазодобычи, что очень важно для разработки стратегии ведения лесного хозяйства.

ГЛАВА 2 Л1РОГРАММНО-МЕТОДИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ РАБОТЫ

2.1. Программа работ

Программа работ включала:

1. Анализ научной и ведомственной литературы о влиянии нефтегазодобычи на лесные насаждения.

2. Изучение природных условий, лесного фонда, почвенных условий, видов и масштабов техногенного воздействия нефтегазодобычи и других особенностей района исследований.

3. Натурное обследование лесных экосистем в пределах Покачев-ского месторождения и сплошная инвентаризация участков лесного фонда, погибших и находящихся на стадии гибели под воздействием нефтегазодобычи, с распределением по групгаг воздействия. Составление карты техногенного воздействия.

4. Подбор участков и закладка постоянных и временных пробных площадей (111111 и ВПП) на территориях, загрязненных нефтью, подтоварными водами и подверженных физико-механическим нарушениям, вызванных строительством трубопроводов.

5. Определение дефолиации и параметров крон деревьев, анализ строения древостоев сосняков по протяженности и ширине крон, как в естественных, так и техногенных условиях на ППП.

6. Изучение естественного возобновления на ППП и ВПП.

7. Определение фитомассы и видового состава живого напочвенного покрова (ЖНП) на ППП и ВПП.

8. Определение массы и мощности лесной подстилки (ЛП) с разделением по фракциям и горизонтам разложения на ППП и ВПП.

9. Проведение почвенного обследования на ППП и ВПП.

10.Анализ содержания химических веществ в хвое сосны и кедра разного возраста, по фракциям живого напочвенного покрова, в лесной подстилке, а также в почвенном профиле на ППП.

11 .Коматексная оценка техногенеза в пределах Покачевского месторождения, основанная на биосферной роли фитоценозов.

2.2. Методика исследований

В основу исследований положены методические работы А.Е. Родина, Н.П. Ремезова, Н.И. Базилевич (1968), В.Н. Сукачева, C.B. Зонна (1961), Н.П. Анучина (1982), E.H. Ивановой (1976) и др. Для определения запаса древостоев на каждой ППП производился отбор и рубка 7...8 модельных деревьев (Мошкалев и др., 1982} У всех деревьев на 6 ППП измерялись диаметры крон во взаимно перпендикулярных направлениях, а также их протяженность.

Живой напочвенный покров (проективное покрытие, ярусная принадлежность, фитомасса составляющих его видов) описывался на учетных площадках размером 1,0x1,0 м по 10 штук на 18 секциях ППП и ВПП. Видовой состав и встречаемость ЖНП определялись в 100 случайных точках размером 10x10 см.

Возобновление изучалось на учетных площадках 2x2 м по 25 шт. на 15 секциях ППП и ВПП с перечетом растений по виду, возрасту, высоте, состоянию (благонадежный, сомнительный и сухой).

Запас ЛП определялся на 10 учетных площадках размерами 1,0x1,0 м (там же где изучался ЖНП) на 22 секциях ППП и ВПП по горизонтам разложения и по фракциям: хвоя, сучья, кора, шишки и остатки ЖНП, которые отдельно взвешивались. Мощность слоев подстилки определялась в 25 точках, равномерно расположенных по 22 секциям ППП и ВПП.

Для определения химического состава компонентов лесных насаждений отбирались соответствующие образцы на нескольких характерных ППП. Хвоя отбиралась: у сосны с модельных деревьев из средней части кроны по всей ее окружности отдельно по возрасту (от 1 до 4 лет), у кедра с растущих деревьев подроста по тому же принципу, но без разделения на возрасты. Средние образцы фракций ЖНП и ЛП отбирались на учетных площадках по их изучению. Образцы почвы отбирались в средней части всех генетических горизонтов в почвенных разрезах. Валовое содержание химических элементов определялось с помощью

стандартных методов согласно действующим ГОСТам и специальной литературы.

При инвентаризации участков лесного фонда, подверг шихся техногенному воздействию, в том числе сухостойных древостоев, были использованы материалы аэрофотосъемки и лесоустройства лесного фонда, а также ведомственные материалы НГДУ "Покачевнефть" Был осуществлен обход всей территории месторождения по специальным ходовым маршрутам.

Камеральная обработка экспериментальных данных реализована в соответствии с общепризнанными методиками, действующими ГОСТами и инструкциями. Статистико-математическая обработка материалов произведена на ПЭВМ типа ШМ PC с помощью распространенных программ "Statgraf 3.0", "EXCEL 7.0" и "Winstat".

При комплексной оценке техногенеза в пределах Покачевского месторождения нефти использованы методические подходы по оценке уровня депонирования углерода и генерации кислорода фитоценозами, изложенные в аналитических обзорах (Исаев, Коровин и др., 1995; Экология..., 1997).

2.3. Объем работ

Виды и объем исследовательских работ (табл. 1)

Таблица 1

Вид работ Объем

Закладка пробных площадей, число: постоянных, в т.ч. трехсекционных временных 12 3 11

Количество учтенных деревьев на ППП и ВПП 6200

Замеры ширины и длины крон деревьев, число измерений 3900

Закладка учетных площадок для изучения живого напочвенного покрова, возобновления и подстилки, шт. 595

Определение видовой структуры ЖНП, число точек 1800

Замеры толщины лесной подстилки, число замеров 550

Рубка модельных деревьев и определение их стволового объема, шт. 108

Закладка почвенных разрезов и их описание, шт. 26

Отбор и подготовка образцов к химическим анализам, шт.: растительных почвенных 45 65

Взвешивания различных образцов, число 12000

Отбор и сушка навесок различных образцов, шт. 6000

Инвентаризация лесных экосистем, подвергшихся техногенному воздействию, га/количество исследованных объектов 26154 350

ГЛАВА 3. ПРИРОДНЫЕ УСЛОВИЯ РАЙОНА ИССЛЕДбВАНИЙ Согласно лесорастительному районированию Е.П. Смолоногова, А.М. Вегерина (1980), территория Покачевского месторождения нефти расположена на территории Пуроееко-Средкеобского лесорастительно-го района сосновых зеленомошно-кустарничково-лишайниковых приречных и заболоченных лесов и междуречий подзоны северотаежных лесов лесной зоны Надым-Пуровской лесораститсльной провинции Западно-Сибирской лесорастителъной области. На состояние лесов в данном районе основное отрицательное воздействие оказывают предприятия нефтегазодобычи.

На основе литературных данных в главе приводятся описания климата, рельефа, почвенных условий, лесного фонда, а также дается характеристика устойчивости лесных экосистем к антропогенным воздействиям.

ГЛАВА 4. ВОЗДЕЙСТВИЕ НЕФТЯНОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ Важным геохимическим и физическим следствием нефтеза1рязне-ния песчаных почв сосняков лишайниковых является резкое снижение их плодородия. При неизмененности рН почвенной вытяжки, происходит увеличение в 3-5 раз показателей гидролитической кислотности. Хотя почвы в значительной степени обогащаются подвижными формами фосфора, калия и отчасти азота, элементы минерального питания стремительно вымываются в нижние горизонты и далее вообще из профиля. С нефтью, обогащенной сопутствующими пластовыми водами, в больших количествах в почву привносятся токсичные элементы. Наиболее значительно увеличивается концентрация серы и хлора. Нефть ухудшает физические свойства почв - повышается плотность и непро-

ницаемость. Почвенные частицы склеиваются, в результате чего уменьшается пористость почвы, увеличивается ее липкость и т.д.

При загрязнении лесных насаждений нефтью с сопутствующими пластовыми водами, состояние древостоев зависит от степени загрязнения. В зависимости от ее увеличения происходит снижение количества жизнеспособных деревьев (для сосняков лишайниковых зависимость описывается уравнением у=-692,7119 + ехр(6,6747 + (-0,0080) х, при И!=0,67), запаса (у=-283,2080 + ехр(5,9559 + (-0,0179) х, при 1^0,62) и полноты (у=-208,7208 + ехр(5,7484 + (-0,0237) х, при КМ),73) древостоев. Связь между концентрацией нефти в почвах с состоянием древостоя иная, чем при загрязнении "чистой" нефтью. В сосняках лишайниковых на изучаемых пробных площадях уже при слабом загрязнении количество живых деревьев снижается до 82-89, при среднем до 65-68, при сильном до 6-7% от контроля. При этом наблюдается в большей степени отпад деревьев с худшими морфометрическими характеристиками. При ан&тазе воздействия нефтезагрязнения на лесные насаждения целесообразно проводить оценку древостоя по дефолиации деревьев.

Совместное действие нефти и пластовых вод оказывается для подроста более губительным фактором, чем "чистая" нефть. Полная гибель подроста в сосняках лишайниковых наблюдается уже при среднем загрязнении. В зоне слабого загрязнения сохраняется не более 5,6% подроста от его количества до загрязнения. Появление всходов древесных пород спустя два года после загрязнения не наблюдается даже в зоне слабого загрязнения.

При слабой степени загрязнения нефтью доля ЖНП на опытных пробных площадях в сосняках лишайниковых падает в среднем до 19,0% от контрольньв^ при средней - до 12,0. При сильной степени ЖНП полностью погибает. ЖНП, как и возобновление сохраняется только на микроповышениях, которых в условиях сосняков лишайниковых значительно меньше, чем в других типах леса.

В условиях сосняка лишайникового в отношении нефти с сопутствующими пластовыми водами ряд устойчивости видов и групп ЖНП выглядит следующим образом:

- относительно устойчивые: мох Шребера, багульник болотный;

- чувствительные: вейник наземный, брусника, черника, голубика;

- очень чувствительные: водяника черная, пушица узколистная, лишайники.

Химические элементы в хвое сосны и кедра при их нормальном развитии в естественных условиях находятся в определенных пропор-

циях. С увеличением возраста хвои валовое содержание азота в ней уменьшается. В хвое кедра азота значительно меньше, чем в ХЕое сосны - не более 0,5 против 1,2%. Зольность хвои не зависит от вида древесной породы (сосна, кедр). Хвоя кедра отличается от хвои сосны меньшим содержанием фосфора, калия, магния, марганца, железа, меди и большим кальция и тяжелых металлов: цинка, кадмия, свинца. По мере старения хвои сосны достоверно увеличивается содержания железа, цинка и уменьшается фосфора, калия, магния, меди.

В условиях загрязнения нефтью общий уровень содержания в хвое сосны азота, кальция, фосфора, калия, натрия, магния, цинка, кадмия и свинца, усредненный по хвое разных возрастов, слабо изменяется в сторону увеличения ях количества. Наиболее информативными элементами оказались марганец, железо, содержание которых в условиях загрязнения многократно увеличилось, и медь, содержание которой существенно снизилось. Зольность хвои также изменяется в зависимости от загрязнения среды. Нарушена связь между кадмием и свинцом, заключающаяся в их взаимозамещении. Для хвои 2 и 4-х лет характерно повышенное содержание кальция, натрия, магния, железа, цинка, свинца, а также всей золы.

ГЛАВА 5. ВОЗДЕЙСТВИЕ ПОДТОВАРНЫХ ВОД

Подтоварные воды ухудшают физические свойства лесных почв: повышается их плотность, непроницаемость и липкость, уменьшается пористость. Происходит засоление почв, их резкая минерализация, снижение плодородия. Это вызвано увеличением концентрации привнесенных токсичных веществ, что приводит к ингибирующему эффекту в отношении растений вплоть до летального. На песчаных подзолах сосняков лишайниковых происходит значительное снижение солевой кислотности при неизменности показателей гидролитической. Почвы в значительной степени обогащаются подвижными формами фосфора и калия. Увеличение количества биогенных соединений (К, Р2О5, К:0) не ведет к улучшению агротехнических свойств почвы. Последнее объясняется, главным образом, интенсивным вымыванием этих соединений в нижние, недоступные для растений, горизонты почвы. Вымывание зольных элементов происходит медленнее, чем при нефтяном загрязнении. С подтоварными водами в почвы привносятся токсичные вещества в высоких концентрациях, в частности, цинк, хлот>. Концентрация цинка в несколько раз превышает ПДК. В целом почвенный профиль представляет собой геохимическую аномалию.

При загрязнении сосняков лишайниковых нефтью или подтоварной водой существуют некоторые различия мехсду темпами выпадения и морфометрическими характеристиками погибающих в первую очередь деревьев. Подтоварная вода более токсична для лесных насаждений, чем нефть. Выделение степеней загрязнения подтоварной водой нецелесообразно, поскольку отрицательный результат одинаков при любом загрязнении. Отличительной особенностью данного типа загрязнения является ярко-бурая окраска хвои деревьев сосны, длительное время (12 года) сохраняющаяся на ветвях. Деревья при этом следует классифицировать "условно живыми". В первую очередь происходит отмирание деревьев с худшими морфометрическими характеристиками. Лучшие деревья в сосняках лишайниковых в первый год после загрязнения даже могут иметь II класс дефолиации (до 10% от общего числа живых деревьев). На загрязненных подтоварной водой участках происходит значительное уплотнение лесной подстилки, толщина ее меньше, чем на фоновых и нефтезагрязненных участках.

При загрязнении сосняков лишайниковых подтоварной водой в хвое сооны происходит значительное снижение валового содержания азота и только в однолетней хвое его содержание выше, чем в фоновых условиях. Зольность хвои увеличивается в 2-5 раз. Многократно увеличивается содержание кальция, натрия, марганца, железа, кадмия и в 2 раза - магния, цинка и свинца. В хвое первого года понижено в 2-3 раза содержание калия. В сравнении с нефтезагрязненчыми участками выявляются схожесть в распределении в хвое разных возрастов магния и цинка, а также в уровне содержания фосфора, железа, отчасти меди, магния, цинка. Загрязнение подтоварными водами приводит к нарушению естественных рядов аккумуляции химических веществ. При этом изменения существеннее, чем при нефтяном загрязнении. Уменьшение относительного содержания азота и увеличение натрия и кальция привело к существенному преобладанию последних, особенно натрия в 1-й 4-летней хвое. Относительное содержание меди, как и при нефтяном загрязнении, снизилось. В 1- и 4-летней хвое, ломимо азота, снизилось относительное содержание калия, фосфора и магния, в 2-й 3-летней -фосфора. Так же как и по натрию произошло резкое увеличение относительного содержания марганца и железа.

Дигрессионно-демутационный процесс в сосняках лишайниковых пораженных подтоварной водой участков протекает очень медленно. Спустя 5 лет после загрязнения общая фитомасса ЖНП на изучаемых объектах не превышает 80 кг/га в зоне сильного загрязнения и 150 кг/га - в зоне слабого загрязнения при полном отсутствии подроста. Пионе-

рами заселения пораженных участков являются вешшк, иван-чай и толокнянка.

ГЛАВА 6. ВОЗДЕЙСТВИЕ ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИХ РАЗРУШЕНИЙ ПРИ СТРОИТЕЛЬСТВЕ ТРУБОПРОВОДОВ

В составе отведенных земель под нефтегазодобычу преобладают суходольные участки (64 %), хотя в структуре Среднего Приобья их немного, всего 34 %. Происходит своеобразная концентрация отрицательных воздействий, которым в большей степени подвергаются лучшие земли. Если к моменту выхода нефтепромысла на расчетный объем добычи нефти под промобъекты, коммуникации и т.д. попадает в среднем 15 % всей территории, то по лесопродукгишым землям - 25-35 %.

При физико-механическом разрушении лесных экосистем, вызванном строительством трубопроводов, на месте коренной сложной структуры почвенного покрова (СПП) трубопроводов возникает антропогенный "тип земли". Происходит перемешивание, смятие, особенно верхних, генетических горизонтов, оголение нижележащих минеральных горизонтов. В результате разрушения реликтового погребенного горизонта А0А2 намытого, обнаруживаемого в профиле болотно-подзолистой почвы на территории Покачевского месторождения, происходит потеря "памяти" почвы, снижается кислотность, активизируются геохимические потоки элементов, формируются техногенные геохимические аномалии. В результате перемешивания торфов происходит увеличение скорости разложения органических остатков, почвы обогащаются азотом, обменными основаниями, калтцпгм, натрием. Разрушение геохимического барьера (горизонта А0А2 намытого), препятствующего выносу биогенных соединений в недоступные растениям горизонты, активизирует вымывание подвижных форм фосфора и калия и способствует поступлению токсичных соединений техногенеза в нижележащие горизонты я грунтово-подземные воды. В болотно-подзолистой почве, спустя даже 15 лет после ее нарушения, отчетливо выделяются геохимические аномалии в горизонтах Ао°, Аот и Аош.

В результате перемешивания при строительстве линейных сооружений торфов в сосняках сфагновых и верхних горизонтов почв сосняков лишайниковых происходит улучшение лесорастительных условий. Бонитет формируемых древостоев повышается с Уб до IV и с Уа до Ш, сооветсгаенно. Улучшение лесорастительных условий кратковременное. Лесовосстановление в сосняке сфагновом происходит куртинно с формированием низкополнатных насаждений. В сосняке лишайниковом оно протекает значительна успешнее и начинается на 4-5 лет раньше.

Ряды распределения деревьев по ступеням толщины в естественном сосняке сфагновом на ППП аппроксимируются кривой логнор-мальной математической функции, а в восстанавливающемся после физико-механического разрушения - гамма распределением. В восстанавливающемся сосняке лишайниковом действует закон логнормалыюго распределения деревьев по ступеням толщины. Одна из причин этого -разная густота древостоев по типам леса - в сосняках сфагновых она в среднем в 2 раза меньше, чем в сосняках лишайниковых.

Исследуемым соснякам свойственен высокий уровень варьирования ширины и длины крон деревьев сосны. Коэффициент варьирования числа деревьев на ППП по ширине крон состазл?ет 31,9 - 56,6, по протяженности крон - 31,1 - 61,8 %. В сосняке лишайниковом значения параметров крон и их вариабельность больше, чем в сосняке сфагновом. С повышением сомкнутости древостоя увеличивается вариабельность по ширине крон. Молодые древостой изучаемых типов леса обладают некоторым сходством кривых распределения по ширине крон. Распределения деревьев по ширине и протяженности крон в большей степени подчиняются законам гамма и логнормального распределения. Независимо от типа леса связь ширины крон и с возрастом деревьев, и с абсолютной полнотой древостоев наиболее успешно аппроксимируется уравнением регрессии экспоненциального типа, а протяженности крон -линейного. Уравнения зависимости ширины и протяженности крон от диаметров деревьев в условиях одного типа леса имеют значительные отличия. Меньшая изменчивость деревьев по ширине крон одинаковых ступеней толщины присуща соснякам лишайниковым, а в пределах одного типа леса - молоднякам. По протяженности крон уровень изменчивости мало зависит от типа леса, больше - от возраста, в молодых дре-востоях она меньше.

Спустя 15 лет после физико-механического разрушения в сосняке сфагновом на изучаемых пробных площадях наблюдается появление в ЛП несвойственной для естественных насаждений этого типа леса трухи в количестве до 4,7 тонны на 1 га. В сосняке лишайниковом спустя 15 лет после строительства трубопроводов обнаруживается значительное изменение фракционной структуры ЛП, мощности и массы ее горизонтов в сторону уменьшения по сравнению с контрольными участками.

Физико-механическое разрушение почв коренным образом воздействует на состояние ЖНП. Нарастание фитомассы ЖНП после разрушения в сосняке лишайниковом происходит быстрее, чем в сосняке сфагновом. В результате восстановительных процессов в сосняках лишайниковых и сфагновых доминируют виды ранее отсутствовавшие, либо

имевшие ограниченное распространение, В сосняке лишайниковом доминируют мхи и водяника черная, в сосняке сфагновом - вейник наземный и водяника черная. Восстановление ранее доминировавших видов происходит медленно, особенно лишайников. Часть видов за 15-летний период после воздействия на почву не восстановилась.

Спустя 15 лет после воздействия валовое содержание азота, фосфора, калия и цинка в ЛП изучаемых ППП сосняков сфагновых практически не отличается от контрольных участков, а вот валовое содержание натрия больше в 20, железа в 9, кальция в 8, магния, кадмия и. свинца в 2, марганца в 1,5 раза. Стоит отметить, что валовое содержание цинка в ЛП сосняков сфагновых и лишайниковых как на опытных, так и контрольных ППП превышает таковое в сосняках, подверженных техноге-незу на Урале в 5-6 раз. Прямо пропорционально валовому содержанию химических элементов в ЛП нарушенных сосняков сфагновых увеличился и их запас на 1 га. В ЛП опытных ППП сосняков сфагновых в рядах аккумуляции химических элементов наблюдается резкое укрепление позиций натрия и железа и падение таковых азота и кальция.

Химический состав и ряды аккумуляции химических элементов всех видов и групп ЖНП на ППП спустя 15 лет после воздействия на лесные насаждения существенно отличается от контрольных участков. Так, в сосняках сфагновых на опытных ППП валовое содержание азота в ЖНП больше в 1,5-2, зольных элементов в 1,5-3 раза. Особой аномальностью отличаются мхи: валовое содержание железа в них превышает фоновое российское в 3-15 раз, значительно увеличилось относительное содержание натрия, что позволило ему в рядах аккумуляции химических элементов занять первое место. Закономерность повышенного относительного содержания свинца и кадмия в напочвенных лишайниках, обнаруженная в сосняках лишайниковых и сфагновых, испытывающих воздействие выбросов автотранспорта, но не подвергшихся физико-механическому разрушению, не обнаруживается на участках, где это воздействие имело место. Отсюда напочвенные лишайники нарушенных сосняков нельзя использовать в качестве биоиндикаторов данного загрязнения.

ГЛАВА 7. ОБЩАЯ ОЦЕНКА ТЕХНОГЕННОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ НЕФТЕГАЗОДОБЫЧИ НА СОСНОВЫЕ НАСАЖДЕНИЯ В ПРЕДЕЛАХ ПОКАЧЕВСКОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ НЕФТИ

Для количественной опенки влияния техногенеза на лесные экосистемы нами была проведена сплошная инвентаризация нарушений.

Площадь биомов, находящихся под той или иной степенью воздействия нефтегазодобычи, составляет 26154 га (площадь лесных кварталов, в которых имеется хотя бы один объект нефтегазободычи). Общая площадь разрушенных и сильно поврежденных лесных экосистем 4518,2 га, что составляет 4,9 га на 1 га экосистем "разрешенных к разрушению", так как из них только 922 га отчужденны под нефтепромысловые объекты.

Вся площадь нарушенных земель по категориям и причинам нарушений распределяется следующим образом: полностью разрушенные земли, восстановление их в обозримом будущем не ожидается (находятся под промобъектами) - 2665 га (2,89 га на 1 га по отводу); погибшие и погибающие лесные экосистемы, восстановление их возможно, но в значительной части лишь при проведении рекультивации - 1853,2 га (2 га на 1га), из них загрязнено нефтью - 618,4 га, подтоварной водой - 105,3 га, подтоплено - 453 га, уничтожено пожарами 301 га. В состав данных нарушений включены и участки леснш. насаждений, которые на данный момент представлены исключительно сухостоем. Общая площадь сухостойников на площади месторождения составляет 1146 га. Причины гибели древостоев следующие: подтопление - 432 га, загрязнение нефтью - 361,5 га, пожары - 301 га, загрязнение подтоварной водой - 51 га, уплотнение почвы - 0,5 га. К данному перечню следует добавить площади лесных экосистем, которые исключены из активного хозяйственного оборота. Это участки, находящиеся под ЛЭП и трубопроводами, а также в охранных зонах самих ЛЭП и трубопроводов (Отчет..., 1990). Площадь данных лесных экосистем составляет 2646 га.

Исходя из распределения запасов и площадей лесного фонда Ме-гионского лесхоза по преобладающим породам, классам бонитета и группам возраста, нами были определены годичные изменения запасов древостоев по данной группировке на 1 га. Используя конверсионные коэффициенты перевода стволовой массы на общую фитомассу древостоя, было определено годичное изменение фитомассы древостоев. К этому стоит добавить, что годичная фитопродукт'дя болот составляет в среднем 0,65 т/га (Экология..., 1997).

Газовый состав атмосферы регулируется фундаментальным соотношением: для производства 1,0 тонны сухого органического вещества растительным покровом потребляется 1,83 тонны двуокиси углерода и выделяется 1,4 тонны кислорода (Экология..., 1997).

В результате проведенных расчетов нами выявлено, что техногенез в пределах Покачевского месторождения нефти привел к ежегодным потерям по продуцированию кислорода в объеме 4496,6 тонн, фитомас-

сы - 3211,8 тонн, а также непоглощенному углекислому газу 5877,7 тонн. Данные показатели составляют 17,8 % от уровня биологического продуцирования для комплекса биомов в пределах месторождения и 2,3% - в пределах Покачевского лесничества. Основная доля потерь в пределах Покачевского месторождения нефти (75%) приходится на потери от гибели лесных насаждений.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И ПРЕДЛОЖЕНИЯ

1. Сосняки лишайниковые района исследований отличаются от таковых на Европейском Севере в сторону снижения производительности. Однако в суровых климатических, почвенных и гидрологических условиях ХМАО они не могут быть заменены насаждениями других формаций, т.е. они подлежат сохранению и восстановлению.

2. Загрязнение лесных насаждений как нефтью с сопутствующими пластовыми водами, так и подтоварными водами приводит к резкому снижению плодородия почв, ухудшению их физических свойств и химического состава, увеличению токсичности их до степени гибельной для растительности. Подтоварные воды более токсичны, чем нефть.

3. При нефтяном загрязнении состояние лесных насаждения зависит от степени поражения. При увеличении ее концентрации происходит снижение количества жизнеспособных деревьев, полноты и запаса древостоя, количества жизнеспособного подроста, фитомассы ЖНП. Реакция сосняков лишайниковых отличается от реакции насаждений других типов леса - они менее устойчивы к загрязнителям. Так, уже при слабом загрязнении количество живых деревьев на пробных площадях снижается до 82-89, подроста - не более чем до 5,6, фитомассы ЖНП -не более чем до 19 % от контроля. При среднем загрязнении полностью погибает подрост, количество живых деревьев составляет 65-68 %, фи-томасса ЖНП - не более чем 12 % от контроля. При сильной степени загрязнения полностью отсутствует ЖНП, а количество живых деревьев в древостое составляет всего лишь 6-7 % от контроля.

4. В отличие от насаждений других типов леса в сосняках лишайниковых спустя 2 года после загрязнения нефтью не обнаруживается новых всходов древесной и травянистой растительности, даже на микроповышениях. Учитывая природные условия насаждений данного типа леса, восстановление их без проведения рекультивации затянется на более длительное время, чем в других типах леса.

5. Воздействие сильноминерализованных подтоварных вод на лесные насаждения сосняков лишайниковых приводит к их полной гибели.

В связи с этим градуировать степени загрязнения подтоварными водами бессмысленно.

6. Восстановительный процесс в сосняках после их гибели в результате загрязнения подтоварными водами идет медленно. Через пять лет после загрязнения в сосняках лишайниковых на исследуемых пробных площадях отсутствует возобновление древесных растений, общая фитомасса ЖНП составляет всего 80-150 кг/га (при 3-6 т/га в ненарушенных сосняках лишайниковых).

7. При нефтяном загрязнении в хвое происходит многократное увеличение концентрации марганца и железа. При загрязнении подтоварными водами многократно увеличивается общая зольность, концентрация натрия, марганца, железа, кадмия. В обоих случаях происходит наиболее значительное увеличение в хвое относительного содержания марганца, а при загрязнении подтоварными водами - и натрия.

8. Спустя 15 лет после физико-механического разрушения лесных насаждений, их компоненты существенно отличаются от контрольных: изменены структуры почвенного профиля, лесной подстилки, живого напочвенного покрова, их химический состав, полностью отсутствует материнский древостой. Наблюдающееся улучшение лесорастительных условий носит временный характер, особенно в условиях сосняка сфагнового, где идет интенсивный отпад деревьев.

9. В условиях нефтегазодобычи могут быть применимы несколько методов биоиндикации: лихеноиндикация; химическая индикация - индикаторными элементами могут выступать свинец и кадмий, накапливающиеся в напочвенных лишайниках в больших концентрациях, марганец и натрий - в хвое при загрязнении нефтью и подтоварными водами; химико-ландшафтная индикация - аккумулятивные ландшафты в пределах нефтяного месторождения накапливают в себе тяжелые металлы и другие токсиканты в значительно больших концентрациях, чем другие.

10.3а 30-летний период эксплуатации Покачевского месторождения при 922 га земель, отчужденных под объекты нефтегазодобычи, площадь разрушенных и сильно поврежденных лесных экосистем составляет 4518,2 га (4,9 га на 1 га отчужденных земель), их них 1146 га -усохшие древостой за пределами прямого разрушения (1,69 га на 1 га отчужденных). Кроме того, площадь лесных экосистем, исключенных из активного лесохозяйственного оборота, составляет 2646 га.

11.Нефтегазодобыча приводит к резкому уменьшению депонирования углерода, производства органического вещества и кислорода. В

пределах Покачевского месторождения нефти это снижение составляет 17,8 % по сравнению с ненарушенными землями.

Выполненные исследования позволяют комплексно оценить воздействие на лесные насаждения нефтегазодобычи как в целом, так и отдельных основных ее проявлений, определить наносимый окружающей среде ущерб, наметить пути выработки необходимых природоохранных требований к нефтегазодобыче для минимизации ущерба и разработки рекультивационных мероприятий в нарушенных сосняках лишайниковых и сфагновых в условиях ХМАО.

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Естественное лесовосстановление на вырубках Тюменского Севера // Лесной журнал, N 4-5. Архангельск: Изд-во Арханг. Гос. Техн. Университета, 1996. С. 51-58. (Совместно с C.B. Залесовым, Е.П. Платоновым, Г.А. Годоваловым).

2. Влияние объектов нефтегазодобычи на санитарное состояние кедровых насаждений в условиях Нефтеюганского лесхоза ХМАО // Вклад ученых и специалистов в развитие химико-лесного комплекса. Тез. докл. обл. науч.-техн. конфер.Екатеринбург: УГЛТА, 1997. С. 101102. (Совместно с А.Е.Морозовым, А.Г. Ивановым).

3. Опыт рекультивации нефтепромысловых кустов в условиях Тюменского Севера // Вклад ученых и специалистов в развитие химико-лесного комплекса. Тез. докл. обл. науч.-техн. конфер.Екатеринбург: УГЛТА, 1997. С. 102-103. (Совместно с Е.П. Платоновым, C.B. Залесовым и др.).

4. Отчет "Состояние окружающей среды и природных ресурсов в Нижневартовском районе. 1996 г." Ежегодник. Вып. 1. Нижневартовск,

- 1997. 76 с. (Совместно с Н.Я.Крупининым, В.В. Деменевым и др.).

5. Нефтедобыча и^лес // Растительный покров Севера в условиях интенсивного природопользования. Материалы международной научной конференции, посвященной 115-летию со дня рождения известного уч.-ботан., флориста И.А. Перфильева. Архангельск, 1997. С. 106-110. (Совместно с H.A. Луганским, C.B. Залесовым и др.).

6. Лихенологические исследования, как составная часть лесного экологического мониторинга // Леса и лесное хозяйство Западной Сибири. Вып 6. Тюмень: Изд-во Тюм. Гос. Универ., 1998. С. 192-199. (Совместно с H.A. Луганским, C.B. Залесовым и др.).

Подл, в печать 10.11.98. Объем 1,16 пл. Зак№ 885 Тираж 100 Уральская государственная лесотехническая академия 620032 Екатеринбург, Сибирский тракт, 37 Отдел оперативной полиграфии

Текст научной работыДиссертация по сельскому хозяйству, кандидата сельскохозяйственных наук, Лопатин, Константин Иванович, Екатеринбург

Министерство общего и профессионального образования Российской Федерации

Уральская государственная лесотехническая академия

На правах рукописи

Лопатин Константин Иванович

Влияние нефтегазодобычи на сосновые насаждения в условиях Ханты-Мансийского автономного округа

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 H.A. Луганский; кандидат сельскохозяйственных наук, доцент C.B. Залесов

Екатеринбург - 1998

СОДЕРЖАНИЕ

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

ГЛАВА 1. ТЕХНОГЕННОЕ ВОЗДЕЙСТВИЕ СОВРЕМЕННОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ НА ЛЕСНЫЕ НАСАЖДЕНИЯ И ЕГО ОСОБЕННОСТИ В ХАНТЫ-МАНСИЙСКОМ

АВТОНОМНОМ ОКРУГЕ................................................................................................................6

ГЛАВА 2. ПРОГРАММНО-МЕТОДИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ РАБОТЫ..........26

2.1. Программа работ........................................................................................................................................................................26

2.2. Методика исследований................................................................................................................................................27

2.3. Объем работ............................................................................................................................................................................31

ГЛАВА 3. ПРИРОДНЫЕ УСЛОВИЯ РАЙОНА ИССЛЕДОВАНИЙ............32

3.1. Географическое местоположение и лесорастительный таксон......................32

3.2. Климат........................................................................................................................................................................................................33

3.3. Рельеф и почвы..............................................................................................................................................................................34

3.4. Лесной фонд......................................................................................................................................................................................36

3.5. Устойчивость лесных экосистем к антропогенному воздействию............41

ГЛАВА 4. ВОЗДЕЙСТВИЕ НЕФТЯНОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ...........................45

4.1. Характеристика опытных объектов..............................................................................................................45

4.2. Изменения почв на ППП.................................................................................................48

4.2.1. Морфологические характеристики почв объектов исследований............................................................................................................................................................................48

4.2.2. Изменения химического состава почв............................................50

4.3. Состояние древостоев........................................................................................................................................................61

4.4. Естественное возобновление..................................................................................................................................68

4.5. Лесная подстилка......................................................................................................................................................................72

4.6. Живой напочвенный покров......................................................................................................................................76

4.7. Химический состав хвои................................................................................................................................................81

ГЛАВА 5. ВОЗДЕЙСТВИЕ ПОДТОВАРНЫХ ВОД..................................................................94

5.1. Характеристика опытных объектов............................................................................................................94

5.2. Изменения химического состава почв.........................................................................................96

5.3. Состояние основных компонентов лесных насаждений............................................104

5.4. Химический состав хвои................................................................................................................................................107

5.5. Дигрессионно-восстановительный процесс.................................':................112

ГЛАВА 6. ВОЗДЕЙСТВИЕ ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИХ РАЗРУШЕНИЙ ПРИ СТРОИТЕЛЬСТВЕ

ТРУБОПРОВОДОВ........................................................................................................114

6.1. Характеристика опытных объектов......................................................................................................114

6.2. Влияние физико-механических разрушений на почву................................................116

6.2.1. Морфологические изменения почв....................................................................................116

6.2.2. Изменения химического состава почв........................................................................117

6.3. Состояние древостоев......................................................................................................................................................124

6.4. Результаты исследования крон деревьев..............................................................................................126

6.5. Естественное возобновление................................................................................................................................138

6.6. Лесная подстилка..............................................................................................................................................................139

6.7. Живой напочвенный покров......................................................................................................................................143

6.8. Химический состав отдельных компонентов насаждений....................................145

6.8.1. Лесная подстилка............................................................................................................................................146

6.8.2. Живой напочвенный покров..........................................................................................................156

ГЛАВА 7. ОБЩАЯ ОЦЕНКА ТЕХНОГЕННОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ

НЕФТЕГАЗОДОБЫЧИ НА СОСНОВЫЕ НАСАЖДЕНИЯ В ПРЕДЕЛАХ ПОКАЧЕВСКОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ

НЕФТИ..................................................................................................................................................................166

7.1. Количественная оценка................................................................................................................................................166

7.2. Качественная оценка..................................................................................................................................................181

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И ПРЕДЛОЖЕНИЯ............................................................................................................185

Литература......................................................................................................................................................................................................191

Приложения: 1-13............................................................................................................................................................................209

Введение

Актуальность темы. Все более возрастающее техногенное воздействие на окружающую природную среду приводит к глубоким трансформациям лесных насаждений. Особую тревогу вызывают лесные экосистемы таежных лесов, являющихся "легкими" Северного полушария. Таежные леса Ханты-Мансийского автономного округа (ХМАО) более 30 лет испытывают небывалый техногенный пресс, не имеющий аналогов в мировой практике (Экология..., 1997). Основными видами воздействия являются загрязнение экосистем продуктами нефтегазодобычи, и физико-механическое разрушение насаждений и почв при строительстве промышленных объектов. Механизм этих воздействий и их последствия в отношении лесных насаждений до настоящего времени мало изучены, что затрудняет комплексную оценку прогнозов дигрессионно-демутационных процессов и разработку рекультивационных мероприятий. Уникальность и ранимость лесов северной подзоны тайги вызывает необходимость скорейшего их изучения в расчете на минимизацию ущерба от нефтегазодобычи.

Цель и задачи исследований. Основная цель работы - изучение влияния загрязнений нефтью с сопутствующими пластовыми водами (нефтяное загрязнение) и нефтепромысловыми сточными подтоварными водами (загрязнение подтоварными водами), а также физико-механического разрушения почв на лесные сосновые насаждения в северной подзоне тайги ХМАО. При этом перед нами стояли следующие основные задачи:

1. Выявление особенностей естественных сосняков лишайниковых и сфагновых в условиях изучаемого лесорастительного района.

2. Изучение дигрессионно-демутационных процессов сосновых насаждений под воздействием нефтегазодобычи.

3. Изучение изменений в компонентах насаждений на биохимическом уровне.

4. Проведение сплошной инвентаризации техногенных нарушений в пределах Покачевского месторождения нефти для проведения комплексной оценки их влияния.

Научная новизна. Проведено изучение естественных сосняков лишайниковых и сфагновых исследуемого лесорастительного района, даны качественные и количественные характеристики компонентов насаждений данных типов

леса в условиях воздействия нефтегазодобычи, в том числе их химический состав. Составлены ряды аккумуляции химических элементов и их валовой запас в доминирующих видах живого напочвенного покрова и фракциях лесной подстилки. Впервые для сосняков лишайниковых изучена реакция насаждений на разные степени загрязнения нефтью с сопутствующими пластовыми водами, а также, нефтепромысловой подтоварной водой. Вскрыты химические изменения, в хвое при воздействии критических доз нефти и подтоварных вод. Изучены дигрессионно-демутационный процесс в сосняках лишайниковых и сфагновых, происходящий после физико-механического разрушения лесных насаждений при строительстве трубопроводов, качественные и количественные изменения их компонентов, в том числе для части из них и химические. Проведена сплошная инвентаризация всех техногенных нарушений в пределах одного месторождения нефти. Дана комплексная оценка влияния нефтегазодобычи на основе биосферной роли лесных насаждений.

Практическая ценность работы. Результаты работы могут быть использованы при организации экологического мониторинга в лесных экосистемах, разработке и реализации различных экологических программ, в том числе по рекультивации загрязненных площадей. Кроме того, фактические материалы и основные положения диссертации целесообразно использовать в лекционных курсах по лесоведению, лесоводству, экологии, охране окружающей среды в высших учебных заведениях.

Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались на Свердловской областной научно-технической конференции "Вклад ученых и специалистов в развитие химико-лесного комплекса" (Екатеринбург, 1993, 1997), международном исследовательском форуме "Yung investegatre program" (Нижневартовск, 1996), семинаре "Учителю о лесе" (Мегион, 1997), научно-технической конференции "Итоги, проблемы и перспективы лесоводственных исследований в Тюменской области" (Тюмень, 1998).

Публикации. Материалы научных исследований изложены в 7 печатных работах.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, 7 глав, общих выводов, списка литературы, где представлены 184 наименования отечественных и зарубежных авторов. Основной материал изложен на 155 страницах машинописного текста, включает 37 таблиц, 27 рисунков и 13 приложений.

ГЛАВА 1. ТЕХНОГЕННОЕ ВОЗДЕЙСТВИЕ СОВРЕМЕННОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ НА ЛЕСНЫЕ НАСАЖДЕНИЯ И ЕГО ОСОБЕННОСТИ В ХАНТЫ-МАНСИЙСКОМ АВТОНОМНОМ ОКРУГЕ

Лес - уникальнейшая живая система, компонент биосферы, значение которого трудно переоценить. Лес входит в сферу высшего уровня интеграции живой материи не только как система генетическая и простое слагаемое природной среды, но и как система экологическая, как носитель колоссальной энергии, посредством которой можно влиять на среду обитания (Новиков, Подольский, 1994).

Леса мира покрывают около 30% суши Земли и занимают 4 млрд. га (Ат-рохин, Кузнецов, 1989). Суммарная мировая биомасса лесов оценивается примерно в 2000 млрд. тонн. Доля северных хвойных лесов (в основном это Россия, Канада и США) составляет 14-15, тропических - 55-60, остальных - 20 -25% (Новиков, Подольский, 1994).

Основной функцией зеленых сообществ, в том числе лесов, обеспечивающей само существование жизни на Земле, является фотосинтез. Растительность суши ежегодно ассимилирует в органических соединениях 20-30 млрд. т углерода (по Болину, 1972 - отЮ до 100 млрд. т). В лесах содержится 400-500 млрд. т углерода, что составляет примерно 2/3 всего атмосферного запаса углерода (Иевенко, 1993). Лесные экосистемы вырабатывают около 66% органического вещества на Земле, а с учетом травянистой и кустарниковой растительности -78% (Экономическая география..., 1979).

Для поддержания биосферы в состоянии гомеостаза необходимо достаточно большое количество и разнообразие биологических связей и видов. По П. Трояну (1988), пространство, которое занимает фитосфера, в 5 раз меньше, чем пространство зоосферы. Однако полная биомасса, содержащаяся в растительных организмах, живущих на Земле (объем - 280 млн. км , биомасса - 2487 км , число видов - 300 тыс.) в 2500 раз больше, чем у зоосферы (объем - 1400 млн.

км3, биомасса - 1 км3, число видов - 1500 тыс.). Видимо, данная пропорция и есть одно из обязательных условий стабильности биосферы.

Исследования и выводы многих ученых мира (Миллер, 1993,1994; Медоуз и др., 1994; Ревелль П, Ревелль Ч., 1995; Новиков, Подольский, 1994; Моисеев, 1994 и др.) свидетельствуют о неминуемой экологической катастрофе, если человечество не изменит свое поведение в биосфере. До того как человек начал заниматься земледелием, на Земле существовало 6 млрд. га лесов, сейчас на планете - 4 млрд. га, из которых только 1,5 млрд. га первичные (девственные) (Медоуз и др., 1994). При этом половина лесных массивов исчезла в период с 1950 по 1990 г. США (исключая Аляску) потеряли треть своих лесных массивов и 85% первичных лесов. В Европе первичных лесов практически не осталось, большей частью они заменены плантациями из нескольких видов деревьев, представляющих коммерческий интерес. В Китае уничтожено 3/4 лесов. Половина первичных лесов в тропиках уже исчезла, а половина того, что осталось интенсивно разрабатывается и деградирует.

При общей площади лесного фонда России 1182,6 млн. га (из них покрытая лесом - 771,1 млн. га), ежегодно сплошными рубками вырубается 1,8 млн. га. В Европейско-Уральской зоне, в результате превышения расчетной лесосеки в 5 раз в 1966-1987 гг., леса сильно истощены (Новиков, Подольский, 1994).

Чрезмерная вырубка это только один разрушающий леса фактор. Другой фактор - загрязнение окружающей среды. Три четверти европейских лесов пострадало от загрязнения воздуха и кислых дождей. При этом годовой ущерб европейских стран оценивается, по меньшей мере, в 30 млрд. долл., что приблизительно равно стоимости годового объема производства черной металлургии Западной Германии и в 3 раза превышает годовые расходы стран Европы на охрану окружающей среды (Медоуз и др., 1994). По данным П.Ревелль, Ч. Ревелль, (1995) в 1984 г. три четверти деревьев в Германии получили повреждения различной степени тяжести, что было отмечено на 50% площади лесов страны - 2,5 млн. га. Полная деградация (гибель) лесов в больших масштабах отмечается в Австрии, Швейцарии, Швеции, бывшей Югославии, США. К со-

жалению, на данный момент как в мире, так и в Росси нет ни методик, ни комплексных оценок масштабов деградации лесов.

Как известно, в глобальном масштабе наиболее значительную роль в стабилизации баланса кислорода и углекислого газа в атмосфере играют вечнозеленые лиственные леса тропиков и субтропиков и бореальные хвойные леса северного полушария. Россия обладает 50% ценных хвойных лесов мира и почти 25% мировых запасов древесины (Новиков, Подольский, 1994). На фоне широкомасштабной техногенной экспансии на леса планеты, учитывая то, что леса европейской части России и Урала истощены, биосферное значение Сибирской тайги трудно переоценить. Если к этому добавить то, что природные комплексы Среднего Приобья вот уже 30 лет испытывают "освоение", изучение роста, развития, реакций, устойчивости лесов данного региона является весьма актуальным.

По оценкам Тюменской лесной опытной станции в целом по территории Ханты - Мансийского автономного округа загрязнено нефтяными углеводородами около 40 тыс. га земель, засолено около 4 тыс. га. (Гашев и др., 1996). Данные площади в той или иной степени исключены из биологического продуцирования и круговорота.

Топливно-энергетический комплекс Среднего Приобья берет свое начало с середины 60-х годов. Его разрушительное воздействие на природные комплексы можно назвать беспрецедентным. Масштабы данного воздействия будут показаны в специальной части. Здесь мы остановимся на уровне изученности и характере данного процесса.

При рассмотрении влияния техногенных факторов, их следует разделить по объектам воздействия: органы растений, организм и надорганизменный уровень (для нас - лесная экосистема, а точнее лесное насаждение или лесной биогеоценоз). В таком порядке мы и будем рассматривать техногенные факторы.

На организменном уровне существует абсолютный показатель крайней патологии, регистрируемый в большинстве случаев достаточно объективно, -гибель организма (Воробейчик и др., 1994). Техногенные факторы при этом

можно разделить на факторы прямого летального действия, воздействие которых на организм вызывает "мгновенную" смерть независимо от дозы; и факторы, которые вызывают возмущение живой системы (организма), наступление летального исхода зависит от дозы фактора и (или) продолжительности воздействия. При рассмотрении второй группы факторов важно установление границ такой категории, как устойчивость - "это внутренне присущая системе способность выдержать изменение, вызванное извне, или восстанавливаться после него" (Риклефс, 1979). А на основании выявленных границ устойчивости устанавливается и норма воздействия техногенного фактора - "интервал, в пределах... которого количественные изменения колебаний в физиологических процессах способны удерживать основные жизненные константы на уровне физиологического оптимума" (Воробейчик и др., 1994).