Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Влияние нефтяного загрязнения на таежные фитоценозы Среднего Приобья

ВАК РФ 03.00.16, Экология

Автореферат диссертации по теме "Влияние нефтяного загрязнения на таежные фитоценозы Среднего Приобья"

В О А 7 Г;

Г! НН 199^ РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК

УРАЛЬСКОЕ ОТДЕЛЕНИЕ

ИНСТИТУТ ЭКОЛОГИИ РАСТЕНИИ и нивотных

На правах рукописи УДК 574.4:581.5/571.1/ 504.54.06:360%

КАЗАНЦЕВА Мария Николаевна

ВЛИЯНИЕ НИТЯНОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ НА ТАЕКНЫЕ ФИТОЦЕНОЗЫ СРЕДНЕГО ПРИОБЬЯ

03.00.16 - экология

Автореферат диссертации на соискание ученой степени

кандидата биологических наук

/

\

г

т11 ' и

Екатеринбург - 1994

Работа выполнена на Тюменской лесной опытной станции Всерос сийского Ордена Трудового Красного Знамени научно-исследоватып

ского института лесоводства и механизации лесного хозяйства и Институте экологии растений и животных Уральского отдаления Рос сийской Академии Наук.

Научный руководитель - доктор биологических наук

Л.Ф.Семериков

Официальные оппоненты: доктор биологических наук

A.К.Махнев

кандидат биологических наук

B.В.Плотников

Ведущее учревдение: Тюменский государственный университет

Защита состоится " // часов

на заседании специализированного совета Д 002.05.01 по защите диссертаций на соискание ученой степени доктора наук в Институт) экологии растений и животных УрО РАН по адресу: 620219 ГСП-5П г.£катеринбург, ул. 8 Марта, 202.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института экологии растений и животных УрО РАН.

Автореферат разослан " ^ " г.

Ученый секретарь специализированного совета кандидат биологических /} /, М.Г.Нифонтова

наук

Актуальность^ Тюменское Среднее Приобье - крупнейшая нефтяная база России. На протяжении 30 лет здесь ведется интенсивное промышленное освоонио нофтегазопнх месторождений, что япллетоя причиной ряда острых экологических проблей в регионе. Безусловно г важнейшая из них- проблема углеводородного загрязнения среды. По самым скромным подсчетам, ежегодно на промыслах Среднего Приобья во внешнюю среду попадает до 7-Ю млн. тонн нефтепродуктов, в результате чего происходит постоянное увеличение площади загрязненных земель и обновление свежей нефтью ранее загрязненных участков.

Особую тревогу вызывает нефтяное загрязнение таежных лесов -одного из основных природных богатств Западной Сибири. Какова дальнейшая судьба подвергшихся загрязнению лесных сообществ? Этот вопрос, несмотря на свою актуальность для Сродного Приобья, до сих пор недостаточно разработан. А между тем определение степени устойчивости таежных биоценозов к углеводородному воздействию» познание , механизмов адаптации к нему, особенностей восстановительной динамики представляется крайне важным для разработки принципов биодиагностики и экологического нормирования антропогенных нагрузок, связанных с этим видом воздействия, а также для выработки конкретных мероприятий по рекультивации и содействию естественному восстановлению загрязненных НС4/ГЫ0 таежных лесов Среднего Приобья.

Цель и задачи. Основной целью наших исследований было изучение влияния нефтяного загрязнения на таежные фитоценозы Среднего Приобья. При этом перед нами стояли следующие задачи:

1. Оценить характер воздействия нефти на лесные фитоценозы в целом, различные жизненные формы и отдельные виды растений.

2. Изучить видовое разнообразие, обилие и продуктивность фито-ценозов на нефтезагрязненных й ненарушенных территориях.

3. Изучить качественные и количественные реакции лесных фито-ценозов и их отдельных компонентов на нефтяное загрязнение среды

различной степени в связи с проблемой экологического нормирования антропогенных нагрузок, обусловленных этим видом воздействия.

•I. Последовать дигрессионно-восстановителыше процессы в лао-пых Фитоценозих нефтезагрязиенных территорий.

5. Выявить наиболее удобные объекты и критерии для проведения мероприятий экологического мониторинга в районах интенсивной добычи нефти в Среднем Приобье.

Научная новизна. В ходе выполнения поставленных задач,впервые для Западной Сибири дана комплексная оценка растительности нефтеза-грязненных лесных сообществ с учетом экологических особенностей таежных биоценозов, лесорастительных и ландшафтных условий. Реакция растений и их сообществ на нефть дается в связи с конкретной степенью загрязнения ценоза, определяемой концентрацией загрязнителя в верхнем слое почвы (а не условной цифрой количества вылитой на единицу площади нефти, обычно используемой в подобного рода исследова-

*

нкях). Установлены пределы устойчивости к углеводородному загрязнению различных групп и отдельных видов растений таежных лесов на разных стадиях их жизненного цикла. Проанализирован ход дигрвссион-но-восстановительной динамики таежных фитоценозов при разной степени загрязнения их нефтью. Предложены удобные объекты и критерии для оценки состояния нефтезагрязиенных лесных сообществ и прогнозирования их дальнейшей судьбы.

Практическая значимость работы заключается в возможности использования полученных данных в организации мероприятий экологического мониторинга, биодиагностики, экологического нормирования и прогнозирования. Полевые и лабораторные данные по устойчивости отдельных видов растений к не^яному загрязнению могут быть использованы при подборе фитомелиорантов для биологического этапа рекультивации загрязненных территорий. Результаты работы могут быть использованы также в лекционных курсах по экологии и охране окружающей среды в высших учебных заведениях.

Апробация работы. Основные положения диссертации доложены ив Первой Всесоюзной конференции "Экология нефтегазового комплекса" (Надым,1388), на совещании по программе "Урал-экология" (Свердловск, 1988), на семинаре "Актуальные проблемы экологии: экологичес-— кие системы в естественных и антропогенных условиях среды" (Свердловск ,1989), на республиканской научно-практической конференции "Экология, труд и здоровье нефтехимиков" (Уфа,1990), на Первой Молодежной конференции "Проблемы рационального использования, воспроизводства и экологического мониторинга лесов" (Свердловск,1991), на Второй Международной конференции "Роль полярных университетов в изучении природы" (Тюмень, 1991), на Международной конференции "Освоение Севера и проблема рекультивации" (Сыктывкар,1991), на Первой Межгосударственной конференции "Безопасность жизнедеятельности в Сибири и на крайнем Севере" (Тюмень,1992), на научно-практической конференции "Пути и средства достижения сбалансированного эко-лого-экономического развития в нефтяных регионах Западной Сибири" (Нижневартовск,1993) и других.

Публикация результатов работы.Основное содержание диссертации опубликовано в 19 работах, 4 работы находятся в печати.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов, списка литературы, включающего 174 источника, в том числе 44 на иностранных языках, и 4 приложений. Работа изложена на 136 страницах, иллюстрирована 18 рисунками и 13 таблицами.

ГЛАВА I. ОСОБЕННОСТИ ВОЗДМСТВИЯ НБИИ НА ЭКОСИСТЕМ.

Нефть - универсальное природное сырье, широко используемое по многих видах производств практически всех стран мира, lio данным А. М. Рябчикова (1974) потеря нефти в мире при ее добыче, переработке и использовании превышает 45 млн. тонн в год. Естественно, что такие масштабы попадания нефти в окружающую среду и обусловленные этим последствия не могли не вызвать интереса многочисленных иссле-

дователей. 3 настоящей главе приводится обзор литературных источников, освеаащих различные стороны проблемы нефтяного загрязнения среды.

1.1. Характеристика и токсикология нефти.

Нефть - жидкий природный раствор, состоящий из большого числа углеводородов различного строения и высокомолекулярных смолнсто-ас-фальтеновых веществ. 5 нем растворено некоторое количество воды,солей и микроэлементов. Свойства отдельных компонентов нефти в конечной итоге и определяют ее физико-химические характеристики и токсикологическое значение. В литературе достаточно подробно освещены ис следования токсических, канцерогенных и мутагенных свойств отдельных элементов нефти, а также ее комплексное воздействие с которым в большинстве случаев приходится иметь дело при аварийном загрязнении экосистем. Некоторая специфичность в воздействии нефтей разных месторождений обуславливается различиями,имеющимися в их строения. Это необходимо учитывать ори оценке последствий загрязнения.

1.2. Влияние нефтяного загрязнения на физико-химические характеристики и плодородие почв.

Растения, попавшие в зону аварийного разлива нефти, помимо непосредственного гербицидного эффекта испытывают на себе ее опосредованное влияние, выражающееся в' изменении физико-химических свойств н микробиологической активности почвы, обуславливающих ее плодородие. В настоящем разделе, на основании анализа литературы, рассматриваются основные закономерности трансформации почв, подвергаихся загрязнению нефтью.

1^3. Влияние нефтяного загрязнения на растительные организмы и сообщества.

Вопросам влияния сырой нефти и продуктов ее переработки на растительные организмы и их сообщества разных рангов посвящено большое количество исследований в различных районах Земного Шара. В послед-

нее время расширяется исследовательская деятельность и на нефгеза-грязненных землях: Среднего Приобья.К сожалению, нужно отметить незначительный удельный вес здесь биоценотических исследований.Большинство публикаций посвящено изучению узких вопросов, касающихся___

токсичности нефти-и-ее влияния'наотдельные виды растений или конкретные стороны их физиологического развития. При этом чаще всего наблюдения ведутся на экспериментальных участках с искусственным загрязнением или на землях, подвергшихся сильной трансформации в результате действия других антропогенных факторов ( минерализация почвы, песчаная отсыпка и др.).Практически не разработан для Среднего Приобья вопрос естественного восстановления загрязненных нефтью таежных биоценозов.

ГЛАВА П. ХАРАКТЕРИСТИКА РАЙОНА ИССЛЕДОВАНИЙ.

На основании литературных данных дается общая характеристика природных условий района исследований ( Нижневартовский, Сургутский, Нефтеюганский административные районы Тюменской области ). Приводятся краткие сведения о рельефе, климате, почвам и растительности Среднего Приобья.

ГЛАВА Ш. МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИИ.

Материалом для настоящей работы послужили результаты палевых исследований, проведенных в летние сезоны в период с 1987 по 1991 годы в районе Среднего Приобья, а также результаты лабораторных экспериментов по изучению влияния нефгги на прорастание семян и развитие проростков некоторых древесных и травянистых растений. В ходе исследований в разных лесорастительных условиях были заложены 52 пробные площади.На 20 из них были проведены повторные обследования, на 8 -• велись многолетние наблюдения. Для каждой пробной площади параллельно закладывался контроль на аналогичном, но незагрязненном участке.

Степень загрязнения определялась по концентрации нефти в лес-

ной подстилке гравиметрически после хлороформенной экстракции с последующим разделением неполярных и полярных органических соединений на окиси аллодиния. По степени загрязнения все пробные площади разделены на три группы: слабое загрязнение (менее 10 весовых £ нефти в лесной подстилке), среднее (от 10 до 40 %), сильное (более 40 %).

в качестве основных объектов изучения влияния нефти на лесные фитоценозы выбраны следующие их компоненты: древостой,подрост древесных пород, живой напочвенный покров. Категория подлеска не использовалась нами войду ее слабой выраженности в районе исследований.

На каждой пробной площади проводилось геоботаническое описана растительности в соответствии с существующими методиками (Программ и методика биоценологических исследований, 1974).Основные характера стики древостоя определялись методами,принятыми в лесной таксации (Анучин,1982). Перечет деревьев проводился на всей площади загрязненного участка. Для характеристики подроста и живого напочвенного покрова накладывались учетные площадки размером 10x10 м в трехкрат ной повторности. Состояние каждого дерева на пробной площади и каж дого экземпляра подроста на учетной площадке оценивалось по трех-бальной шкале ("удовлетворительно","неудовлетворительно","погиб").

Учет биомассы растений живого напочвенного покрова проводился в соответствии с методическими руководствами (Понятовская,1964) на учетных площадках размером 1x1 м для травяно-кустарничкового яруса и 25x25 см для мхов, закладываемых по 5 повторностей на каждой про ной площади.

Методики проведения лабораторных вегетационных опытов по изуч кию влияния нефти на прорастание семян, рост и развитие проростков древесных и травянистых растений приводятся в соответствувдем разд ле данной работы.

Статистическая обработка материала проводилась с применением микроэвм и Ж "31пс1а1г" по готовым программам (Цветков,Епанечников, 1984; Дьяконов,1986 и др.) в соответствии с общепринятыми статистическими- методами.---------------------------------------------------

ГЛАВА 1У. РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ.

ПЛ. Общая характеристика нефтяного загрязнения Среднего Приобья.

В ходе выполнения договорных работ на нефтепромыслах Среднего Приобья нами было проведено наземное обследование большинства крупнейших месторождений Самотлорской группы, в ходе которого составлялись схемы замазученности этих месторождений с краткой характеристикой каждого загрязненного участка. Обследования показали, что плотность загрязнения неравномерна на территории месторождений. Большинство разливов приурочено к местам прокладки линейных сооружений нефтедобычи, а также к пунктам первичной переработки нефти, что создает здесь (особенно на старых, давно эксплуатируемых месторождениях) напряженную экологическую обстановку.

Общая картина замазученности и параметры отдельных разливов различны а разных ландша^ных условиях. Для дренированных местообитаний с холмисто-увалистым рельефом характерны небольшие по площади разливы и вытянутая форма нефтяного пятна, в результате того, что нефть стекает по склонам холмов, сосредотачиваясь в естественных понижениях. Разливы здесь имеют четко выделяемые зоны: пятно, образованное при прямом загрязнении поверхности почвы, и переходная зона, расположенная по периферии пятна и образованная при пропитывании органогенного почвенного горизонта снизу. Глубина проникновения загрязнителя внутрь почвенного профиля находится в тесной зависимости от количества вылитой нефти и механического состава почв. На сухих песках и супесях она может достигать 50-100 см, в то время, как на суглинистых почвах обычно не превышает 30 см.

Для равнинных территорий с плоским рельефом и высоким уровнем грунтовых вод Iверховые олиготрофные (Золота) отмечается увеличение доли крупных разливов, отсутствие ярко выраженных переходных зон и незначительное проникновение загрязнителя внутрь почвенного профиля. Хотя преобладающие здесь торфянистые почвы легко проницаемы для нефти, высокий уровень грунтовых вод поддерживает практически всю нефть в верхнем, 20 сантиметровом слое.

1У.2. Воздействие нефтяного загрязнения на отдельные компоненты лесных фитоценозов Среднего Приобья.

Наряду с общими закономерностями, характеризующими воздействи нефти на различные составляющие фитоценоза, существуют отличия в о ветных реакциях последних, обусловленные их экологическими особенн стями.

1У.2.1. Воздействие нефтяного загрязнения на древостой.

В силу своих биологических особенностей (большая масса, гдубо:

*

проникающая корневая система, высоко вынесенный ассимиляционный а парат ) деревья отличаются наибольшей устойчивостью к токсическом действию нефти по сравнению с другими растениями таежных фитоценоз-Тем не менее, отмечается отмирание отдельных (в основном тонкомерк и ослабленных) экземпляров древесного яруса уже при 4 процентном з грязнении нефтью лесной подстилки.С ростом замазученности почвы к личество жизнеспособных деревьев закономерно уменьшается (г =-о,67 0,13; 1= 0,79+ 0,11; при Р<0,001). Эта зависимость описывается ур нением регрессии показательного типа У = 10/(2,25-0,ОЗХ).

В результате отмирания и выпадения деревьев снижаются соответ твенно полнота 0,75+ 0,18; при Р<0,001) и запас (£= 0,61+ О, при Р<0,001) древостоя, что безусловно ухудшает его лесохозяйстве ное значение. В разреженных древостоях происходит изменение эколог ческой обстановки: меняются условия освещения и тепловой режим, сн жается сопротивляемость ветровалам, болезням, вредителям.

Хвойные в целом менее устойчивы к нефти, чем лиственные породы. Наиболее устойчивой породой хвойных является кедр. Наиболее уязвимой - ель. Так .уже при слабой степени загрязнения отпад деревьев ели на некоторых участках достигает более 42;ь, в то время как этот же показатель для кедра немногим превышает Замазученность более \2% вызывает полную гибель деревьев хвойных пород. Для лиственных эта граница сдвинута на 3-13,2 в сторону более сильного загрязнения.

Достоверно алияют ' па устойчивость деревьев к нофти лесорасти-телыше условия, хотя влияние этого фактора в общей структуре изменчивости невелико и составляет всего 16$.Наблюдается тенденция к снижению устойчивости в направлении от кедровых и смешанных лесов зе-леномошной группы типов леса к переувлажненным травяно-болотным и с<|)агново-бнгульниковым ассоциациям. Это связано с тем, что леса зеле-номошной группы занимают наиболее дренированные повышенные участки с оптимальным режимом увлажнения.Здесь находится экологический оптимум для большинства местных древесных пород. Не'|/гь стекает с таких участков, скапливаясь в понижениях рельефа: оврагах, долинах ручьев, болотах, которые таким образом испытывают на себе более длительное воздействие загрязнителя. Действие не))ти здесь усугубляется также ухудшением обше;1 лесорастительной обстановки, характерной для влажных и сирых мргтппг^тпний, а также особенностью строения корнепоП системы перемен ч-ч-у'чтшшшшх лиотоиоп, ;<.у.еюпе»1 •.•.ре.пту.пестк'тпое распространение и верхней части почвенного профиля, где концентр:ишя загрязнителя особенно нелика.

Достаточно чувствительным показателем ¡шляния не ¡такого загрязнения является снижение продуктивности древесных растений. Уже в первый год после аварии наблюдается уменьшение величины радиального прироста древесины,которое на участках со средней степенью загрязнения может достигать 18% по сравнению со средним многолетним значением. При сильном загрязнении прирост по диаметру не отмечен даже у де-

ревьев не погибших в первый год после загрязнения. Все они находят< в краЛне угнетенном состоянии.

17.2.2. Воздействие нефтяного загрязнения на естественное возобновление древесных пород.

Количество жианеспособного подроста на загрязненных участка: находится в тесной зависимости от степени загрязнения (г =-0,60+0,1' 0,71+ U,Iii; при Р<0,001 ). Уравнение регрессии, отражающее эт; зависимость имеет вид: У = 10-42,10-0,02Х). Гибель первых единичны: экземпляров подроста отмечена нами при концентрации нефти в подсти. ке равной ¿,2%, что ниже аналогичного показателя для древостоя. Tei -не менее в природе часто можно наблюдать казалось бы противоречиво! явление - лучшую сохранность подроста по сравнению с древостоем npi средней и даже сильной степени загрязнения." Причина такого явлена - ярко выраженный микрорельеф таежных биоценозов, обусловленный наличием большого количества валежа, пней, кочек. Нефть, сосредотачиваясь в понижениях рельефа, оставляет незатронутыми вершины микроповышений. Поселившийся здесь подрост сохраняет свою жизнеспособность при условии, что корневая система растений расположена в верхней (чистой) части освоенного оубстрата. Такие участки представляю' собой "стации переживания" частью подроста наиболее неблагоприятного периода действия нефти. Однако, подобное явление возможно лишь до определенных пределов загрязнения. При высоких концентрациях нефть пропитывает микроповышения снизу, вызывая полную гибель раст: тельности на них.

Эффект "повышенной устойчивости" подроста по сравнению с. древ стоем на старых разливах усиливается также начавшимся процесса восстановления биоценоза (см. раздел 1У.5.2.).

Подрост разных пород проявляет различную устойчивость к нефти При малых дозах загрязнения лучше всего сохраняется береза.Однако i ростом замазученности субстрата ее устойчивость снижается быстра

1ем у подроста хвойных пород. При концентрации 40£ жизнеспособного юдроста лиственных практически не встречается. Из хвойных наиболее остойчивы представители рода сосен (сосна, кедр).Они встречаются^на-------

гчастках с концентрацией ж {ути до при полностью погибшем древо-;тое.

Под влиянием нефти меняется не только общее количество, но я ¡остояние сохранившегося естественного возобновления, снижается его гродуктивность. /четы прироста в высоту возобновления хвойных проде-юнстрировали тесную связь его величины со степенью загрязнения био-(еноза (г =-0,76+ 0,16; при Р <0,001). Коэффициент детерминации =57^.

Устойчивость возобновления к нефти достоверно зависит и от [ервоначалышх (доаварийных) лесорастительных условий. Сила влияния »того ({штора составляет 11,2. Направление снижения устойчивости под-юста к нефти в разных типах леса аналогично таковому для древостоя : объясняется одинаковыми причинами.

П.2.3. Воздействие нефтяного загрязнения на живой напочвенный покров.

Оценка состояния живого напочвенного покрова при загрязнении ефтью позволяет ш.целить дополнительные индикаторные элементы, сви-;етельствушие о той или иной степени нарушенности лесного биоценоза, увствителъность этих элементов несомненно пи:ие таковой древесных астений и их возобновления. При растекании не1/ги по поверхности поч-н. мхи, лесные травы и кустарнички первыми подвергаются поздействию агрязнителя.Лри сильном загрязнении они бывают покрыты пе||тью цели-ом. Корнев;ш система этих растений преимущественно сосредоточена в ерхнем 10 сантиметровом слое почвы, в котором удерживается до 80 % ефти.8 результате даже сравнительно небольшие дозы загрязнения при-одят к резкому снижению общего проективного покрытия живым напочвен-ым покровом (г* =-!_),70+0,II. £ = 0,82+0,09; при Р< 0,001). Уравнение егрессии имеет вид: У = Ю'(2,26-0,04Х).

Гетерогенность среды обитания, характерная для таежных биоцено зов, как л б случае с подростом, позволяет некоторой части растени живого напочвенного покрова сохраниться даже на участках с сильно степенью загрязнения, Однако, процент сохранившейся таким образо части мохово-травяно-кустарничкового яруса на всех уровнях загрязне ния ниже, чем у подроста. Уже слабая степень загрязнения снижает об щее проективное покритие растений этого яруса в среднем на 24,8 % п отношению к контролю. На свежих разливах, где еще не начался процес восстановления биоценоза, при концентрации нефти в почве выше 40 % сохраняются лишь отдельные экземпляры наиболее устойчивых видов.

На загрязненных участках резко падает биомасса надземной част, растений 0,89+ 0,12; при Р< 0,001), снижается видовое разнообра зие (£= 0,60^ 0,18; при Р<0,001).Возрастает доминирующая роль в са обществе наиболее устойчивых видов. Индекс доминирования Симпсон; при сильной степени загрязнения в 2 раза превышает этот же показа тель контрольных участков.

По принципу сходной устойчивости к загрязнению нами выделены : основные группы растений живого напочвенного покрова.В порядке умен: шения устойчивости они образуют следующий ряд: I) злаки, осоки, сиг ники; 2) мхи, хвощи; 3) лесные кустарнички и травы. Механизм устойч] вости к загрязнению различных видов внутри каждой группы может быт; различен, но биоценотическое проявление его сходно.

В зеленомошних типах леса при слабой степени загрязнения дол) растений первой группы в общем проективном покрытии значительно возрастает по-сравнению с контролем. Доля мхов и хвощей, при общем снижении их количества, сохраняется на прежнем уровне. Проективное покрытие кустарничков и трав резко падает за счет отмирания массовых видов (ягодные кустарнички). Приблизительно такое же соотношение характерно и для средней степени загрязнения. Сильное загрязнение вызывает резкое угнетение всех групп растений живого напочвенного по-

крова. Среди сохранившейся растительности абсолютно преобладая/г представители цервой группы. Часто это оывает один, наиболее устойчивый;__внд. Для _зеленомошников_таким-видом-является- осокансаровлдная," выдерживающая загрязнение выше оО^. Аналогичная картича наблюдается и в других типах леса. Различия между ними обусловлены первоначальным соотношением выделенных групп растений.

1У.З. особенности влияния на {этоцечоз ¡штанирующей нерти.

лак правило загрязнение (мтоценоэов нефтью происходит при рас-гекании ее по поверхности почвы, по иногда (приблизительно в '¿И, случаев) на нефтепромыслах встречается и другой тип загрязнения, обусловленный забрыэгиванием поверхности в результате фонтанирования 1ефти из устьев скважин при буровых и ремонтных работах, а также при юрыве нефтепроводов высокого давления.

Загрязнение фонтанированием имеет свои особенности. Для него характерно иовишенное влияние на древесную растительность (особенно з сезон вегетации) т.к. основной удар принимает на себя ассимиляционный аппарат деревьев. Лри небольших дозах нефти картина состояния эсновных элементов фитоценоза, загрязненного ¡юнтинированием, обрат-1а наблюдаемой при растекании ноллютанта по поверхности почвы - гибель растений древесного яруса значительно превышает таковую подро-:та и живого напочвенного покрова, о увеличением количества вылитой [ефти различии между двумя типами загрязнения нивелируются. Лоложе-1ие подроста и растений живого напочвенного покрова в микрорельефе I данном случае не имеют значения для их выживаемости, т.к. происхо-;ит достаточно однородное загрязнение надземных органов этих расте-:ий по всей территории разлива.

1/.4. Влияние нефти на процессы прорастания семян, роста и развития проростков некоторых древесных и травянистых растений ( лабораторные эксперименты ).

Влияние нефти проявляется на всех стадиях жизненного цикла рас-

тений, но безусловно наиболее уязвимой является стадия прорастания семян, роста и развития проростков. Проращивание семян ряда древесных пород местной флоры на песчаном субстрате с различной степень!) загрязнения нефтью показало снижение их всхожести уже при 0,5? концентрации нефти.Еще меньшее количество растений достигло стадии выхода семядолей. Так, например, для сосны загрязнение нефтью снизило всхожесть семян по сравнению с контролем на 22%, количество же проростков с раскрывшимися семядолями уменьшилось при этом на 75%. Аналогичная картина наблюдается для ели и пихты. В сторону большей устойчивости проростков значительно выделяется береза. Практически все проклюнувшиеся семена ее в исследованном интервале концентраций (от 0,5 до 5,0,®) выпустили семядоли.

Большей устойчивостью обладают семена, пророщенные в чистой среде и помещенные на доращивание в нефтезагрязненный субстрат.

На устойчивость проростков растений к нефтяному загрязнению существенное влияние оказывает механический состав субстрата и наличие в.нем органики.Опыты по доращиванию проростков ели сибирской показали, что угнетающее действие нефти в большей степени проявляется на глине, в меньшей - на песке, еще в меньшей - на торфе.

Различные составные элементы сЫроЛ нефти влияют на семена и всходы по разному. Наиболее токсичны легкие фракции, с температурами кипения 200-300°С. В опыте, '¿% концентрация этих фракций снизила всхожесть семян сосны обыкновенной на 752. Присутствие тяжелых фракций с температурами кипения более 300°С при этой же концентрации практически не сказывается на всхожести семян.

Было изучено влияние сырой нефти на прорастание семян некоторых видов травянистых растений разных семейств. Опыты продемонстрировали повышенную устойчивость к загрязнению рудеральных видов и растений семейства злаков. Эти виды могут быть рекомендованы в качестве мелиорантов при проведении биологического этапа рекультивации нефтезагря

I

зненных земель.

Все приведенные выше эксперименты проводились о использованием свеже^ сырой не^ггн, но большой интерес представляют также данные о влиянии на семена и нроросггкТГне [гги, подвергшейся-существенной трансформации под действием различных природных факторов. В одном из опытов в качестве субстрата для проращивания семян мари белой были использованы образцы грунта с разлива 7 летней давности.Снижение всхожести семян на таком субстрате начинало отмечаться только при концентрации нефти равной 27,!,. Однако, несмотря на высокую всхожесть, сохранность проростков на 15 сутки даже при концентрации в ь% была достоверно ниже контрольного уровня и составляла лишь 73,6».

1У.5. Дигрессионно-восстановительные процессы в загрязненных нефтью лесных фитоценозах Среднего Приобья.

При оценке влияния нефтяного загрязнения на биоценозы наряду с количеством вылитой нефти важно учитывать также и время, прошедшее с момента разлива. Это связано с процессами трансформации как самого загрязнителя, так и (под его влиянием) агрохимических свойств почвы, что определяет в конечном итоге состояние растительности на загрязненном участке и способность фитоценоза к восстановлению.

1У.5.1. Трансформация сырой нефти в почве.

Практически с первых же минут попадания нерти на поверхность почвы начинается процесс ее трансформации. Содержание не={/ги в подстилке резко падает, уменьшаясь в 2 раза, уже через 1-1,5 года после аварии. Общий ход этого процесса для таежных поверхностно-глеевых почв мшистых групп типов леса описывается уравнением регрессии раципрокт-ного типа: У = 1Л3.012Х + 0,002. Первыми мигрируют с мест разлива и разлагаются углеводороды с низкими температурами кипения - нормальные алканы, являющиеся наиболее токсичной фракцией нефти. Анализ мо-лекулярно-массового распределения нормальных алканов в нефтепродуктах, выделенных из почв разных по давности разливов нефти показывает полное отсутствие углеводородов с температурами кипения до 200°С уже

через полгода-после аварии. Через 4 года нормальные алканы вообще I обнаруживаются.

Скорость трансформации нефти со временем замедляется и, при Н1 личии большого количества смолисто-асфальтеновых веществ в ее сост! ве, может растянуться на десятилетия. Токсичность смол и асфальтеж для живых организмов незначительна. Их экологическое значение заюп чается в основном в ухудшении водно-воздушных свойств почв.Таким о< разом, острое токсическое действие нефти является максимальным толз ко в первый момент после аварии. Токсичность нефти снижается быстр< общего содержания ее в субстрате.Это обстоятельство накладывает св< отпечаток на особенности восстановительного процесса в биоценозах.

1У.5.2. Дигрессионно-восстановительная динамика растительности нефтезагрязненных лесных фитоценозов.

Представление о динамике загрязненных биоценозов имеет важн< практическое значение. Иная концентрацию нефти в подстилке, врем; прошедшее с момента разлива, а также характер и интенсивность дегрг дациошшх изменений и скорость восстановления отдельных компонента биоценоза ( и фитоценоза в частности), можно определить в какой то* ке дигрессионно-восстановительного процесса находится биоценоз, прс гнозировать пути дальнейшего развития этого процесса, сроки восста новления сообщества до исходного уровня, а при необходимости вырабс тать систему мероприятий, содействующих его ускоренному восстановле нию.

рормнронание исходного облика лесного фитоценоза лимитируется носстаноилемием его они (шкаторного элемента -древостоя. Большая прс должительность жизненного цикла деревьев обуславливает растянутос! процесса восстановления древостоя во времени ( рис.).

При слабом загрязнении отмечается выпадение лишь единичных де ревьев. Это, как правило, ослабленные экземпляры или особи, облада* щие пониженной индивидуальной устойчивость» к загрязнению. Восстанс вление первоначальных таксационных характеристик древостоя в эток

о

-г

О

Время с момента разлива, годы

Рис.

Дигрессионно-восстановительные процессы в таежных фитоценозах при: а) слабой; б) средней; в) сильной степени загрязнения их нефтью.

случав происходит за счет тонкомерных деревьев и увеличения прирос тов сохранившихся экземпляров и заканчивается в среднем через 10 лет. При слабом загрязнении отмечается некоторый всплеск продуктнв ности растений древесного яруса в первые полгода после аварии, вы ражающийся в увеличении радиального прироста древесины на 1-2 % по сравнению с контрольными участками. Однако, уже к концу первого го да этот показатель снижается в среднем до 15% ниже контрольного уро вня и продолжает снижаться также в следующий вегетационный сезон,со ставляя к его окончанию 70-75SC по отношению к контролю. На третий год наблюдается увеличение радиальных приростов, а к концу четверто го их значения достигают своего первоначального (доаварийного) уров ня.

При среднем загрязнении восстановление древостоя возможно толь ко за счет естественного возобновления, сохранившегося по микроповы шениям или появившегося в после аварийный период, а при сильном загря

v

знении в основном за счет последнего. Очевидно, что этот процесс бу дет длиться десятилетия. Радиальный прирост древесины у сохранивших ся экземпляров на участках со средней степенью загрязнения продолжа ет снижаться еще на протяжении длительного времени. Даже на площаця с 15 летней давностью загрязнения нами не было зафиксировано стаби лизации этого процесса.Сильное загрязнение вызывает полную гибель д ревьев всех пород уже на следующий вегетационный сезон после аварии

Высокой интенсивностью восстановительных процессов отличается подрост древесных пород. Уже на следующий год после слабого загрязн ния появляются всходы новой генерации хвойных и лиственных пород, через 5-6 лет количество жизнеспособного возобновления практически достигает такового в контроле. При среднем загрязнении в это врем только начинается преобладание восстановительных процессов над ди грессионными. Отмечается появление массовых всходов хвойных поро (обильные всходы лиственных появляются, как правило,раньше на 1-2 х

;а). Восстановление идет быстрыми темпами. В условиях хорошей освоенности л пониженной конкуренции со стороны травяно-кустарничковой

астительности___общее количество подроста уже через 10 лат составля-

т в среднем 87^ по отношению к контрольным участкам. В большинстве лучаев этого количества (4-10 тыс.шт/га) бывает достаточно для фор-ирования древостоя. При сильном загрязнении первые единичные всходы иственних пород появляются здесь на 6-7 год. Их сохранность сильно ависит от влажности вегетационного сезона. Появление всходов хвой-ых не наблюдалось нами даже через 15 лет после аварии.

Характер дигрессионно-восстановительных процессов, происходя-их с естественным возобновлением отражает также динамика приростов высоту его сохранившихся экземпляров. Минимальные приросты хвойно-о возобновления соответствуют периоду его наименьшей численности на частках как со слабой, так и со средней степенью загрязнения. Одна-э, полное их восстановление происходит раньше, чем восстановление лсленности на 1-2 года. Нд участках с сильной степенью загрязнения рирост отсутствует даже у экземпляров не погибших в первый год пос-э аварии. Все они находятся в угнетенном состоянии.

Наибольшей скоростью ответных реакций на нефтяное загрязнение арактеризуется живой напочвенный покров таежных биоценозов.При сла-эй степени загрязнения уже в течение первого года после аварли об-2е проективное покрытие мохово-травяно-кустарничкового яруса дости-1ет своего минимального значения. На следующий вегетационный сезон пинается быстрое восстановление покрова. Его полное восстановление эоисходит в среднем через 3 года.

При более высоких концентрациях нефти наблюдается более значи-¡льная деградация покрова, затрагивающая все группы растений этого )уса. Темпы восстановления покрова при этом ниже таковых подроста, 'части это объясняется медленным восстановлением мхов, играющих важ-тз роль в формировании общего проективного покрытия таежных фитоце-

нозов, а отчасти -особенностью микрорельефа большинства таежных биотопов, обуславливающей мозаичность восстановительного процесса, т.к участки микропонижений, где происходит концентрация' загрязнителя нуждаются в более длительном периоде восстановления.

Формирование исходного видового состава живого напочвенного покрова отстает от восстановления его проективного покрытия независим от интенсивности загрязнения,и при больших степенях загрязнения происходит, как правило, через смену видов. Это объясняется ухудшением водно-воздушного режима почв, загрязненных нефтью. В условиях избыточного увлажнения и недостатка кислорода на таких почвах получаю распространение виды, свойственные переувлажненным местообитаниям Наиболее часто в роли пионерных выступают следующие виды растений рогоз, ситники, осоки, частуха, череда, крестовник болотный, кипрей болотный, иван-чай, пушица и др.

ВЫВОДЫ.

1. Широкомасштабное загрязнение нефтяными углеводородами природных экосистем Среднего Приобья является причиной сложной экологической обстановки в регионе. Плотность загрязнения особенно высою на старых, давно эксплуатируемых месторождениях. Доля-эамазученной территории здесь составляет более 2% от общей площади месторождений

2. Нефтяное загрязнение таежных лесов оказывает отрицательное влияние как на жизнеспособность отдельных видов и групп растений,та] и на общее состояние фитоценоза, снижая его продуктивность, видово< разнообразие, устойчивость к неблагоприятным факторам внешней среды, Степень угнетения растительности прямо пропорциональна концентрации нефти в лесной подстилке. Концентрация выше 554 вызывает полную гибель фитоценоза.

3. Наряду с общими закономерностями, характеризующими воздействие нефти на различные составляющие фитоценоза (древостой, подрост живой напочвенный покров), существуют отличия я ответных реакциях по

дних, обусловленные их биологическими особенностями. Деревья наи-

лее устойчивы к токсическому действию нефти. Самым уязвимым компостомявляется живой напочвенный,покровВнутри каждой-из-составля- — ах фитоценоза существует дифференциация по устойчивости растений яефти на уровне систематических групп различных рангов.

4. Угнетающее действие нефти отражается на всех фазах жизненно-цикла растений. Наиболее чувствительными являются Фазы прораста-I семян, роста и развития проростков.Для них характерны минималь-

) зиичонил критических величин загрязнения.

5. Около 2% от общего количества разливов составляют участки, •рязненные при фонтанировании нефти. Для этого типа загрязнения >актерно повышенное воздействие на древесную растительность, оох-[ность которой в данном случае значительно ниже таковой других ип растений.

6. Лесорастительные условия, положение в рельефе оказываю? вли-е на устойчивость1фитоценоза и отдельных его компонентов к загрязню. Устойчивость снижается в направлении от наиболее дреиирован-

повышенных участков с оптимальным режимом увлажнения, занятых стыми типами леса,к переувлажненным сфагново-багульниковым и тра-о-болотным ассоциациям.

7. Ярко выраженный микрорельеф таежных лесов является гпичиной авномерного распределения загрязнителя в пределах фитоценоза. Нале относительно чистых местообитаний (по вершинам микроповышений) зпечивает возможность сохранения части растений с неглубокой кор-эй системой даже на сильнозагрязненных участках.

8. Максимальная естественная деградация нефти в таежных экосис-IX наблюдается в первые полгода после аварии в результате интен-юго вымывания и испарения легких, наиболее токсичных фракций. В ->нейшем этот процесс замедляется и ,при наличии в нефти большого чества смолисто-асфальтеновых веществ (отличающихся крайне за-

медленными процессами метаболизма), может растянуться на несколы десятилетий. В результате того, что токсичность нефти снижается Л трее ее общего содержания в субстрате,нередко на старых разливах i блпдается восстановление растительности при более высоких концент] циях нефти в подстилке, чем на свежезагрязненных участках.

9. Характер и скорость дигрессионно-восстановительных процес« в фитоценозах, подвергшихся загрязнение, обусловлены начальной к< центрацией нефти в лесной подстилке, лесораотительными условиям: биологическими особенностями растений. Формирование исходного о&п лесного фитоценоза лимитируется скоростью восстановления его эдщ каторного элемента - древостоя, отличающегося длительным жизаеыш циклом. При слабом загрязнении этот процесс заканчивается в среда через 10 лет, при сильном - его продолжительность исчисляется де< тилетиями.

10. В целях экологического мониторинга, при оценке состоя! нефтезагрязненных фитоценозов и прогнозирования их дальнейшей буш удобным и показательным индикатором могут служить растения живого почвенного покрова, которые отличаются более тонкой и быстрой реш ей на загрязнение и достаточно высокой скоростью восстановления..! лесообразно использовать не отдельные виды растений, а группы вил характеризующихся сходной устойчивостью к нефти.

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ.

1. Гашев С.Н., Гашева М.Н., Соромотин A.B. О необходимости экологи ского нормирования нефтяного загрязнения лесных почв Западной Сиби //I Всесоюз. конф. "Экология нефтегазового комплекса",3-6 окт.1988 Надым, тез. докл.-М., 1988.-С. 134-135.

2. Гашев С.Н., Гашева М.Н., Соромотин A.B. Некоторые аспекты возде ствия нефтяного загрязнения на лесные биоценозы//Там же.- С. 210-2

3. Гашев С.Н., Гашева М.Н., Соромотин A.B. О необходимости выделен эталонных участков для создания систем* мониторинга в зоне интешг

t добычи нефти и газа//5 сб. ¡Охраняешв природные территории Урала филегаших районов.- Свердловск, 1989.- С.21-22. Гашев С.Н., Гашева М.Н., Соромотин A.B. ^Летодические аспекты изу-1ия влияния нефтяного загрязнения на лесные биоценозы Среднего юбья/ЛГеса и лесное хозяйство Западной Сибири.-М., 1989.- С.51-59. I. в ШЛШесурс Ü8.02.89, Л 764-лх89.

Гашева М.Н., Гашев С.Н., Соромотин A.B. Изучение влияния нефгяно-загрязнения на состояние лесных ритоценозов Среднего Приобья // В ¡Актуальные проблемы экологии: экологические системы в еотеотвен-: и антропогенных условиях среды.- Свердловск, 1989.- С.22-23. Соромотин A.B., Гашев С.Н., Гашева М.Н., Быкова £.А. Влияние некого загрязнения на лесные биогеоценозы//Материалы I Всесооз.конф. ология нефтегазового комплекса",вып.I, Ч.2.- М.,1989.- C.I80-I9I. Гашев С.Н., Казанцева М.Н., Рыбии A.B., Соромотин A.B. Деградаци-о-восстановительные процессы в лесных биоценозах,загрязненных не-ю//В сб.¡Экология,труд,здоровье нефтехимиков.- Уфа, 1990.-С.20-22. Гашева М.Н., Гашев С.Н., Соромотин A.B. Состояние растителыюсти, критерий нарушенности лесных биоценозов при нефтяном загрязнении кология.- 1990.- Л2.- С.77-78.

Казанцева М.Н. Влияние нефтяного загрязнения на живой напочвенный ров таелных лесов Среднего Приобья//В сб.¡Освоение Севера л проба рекультивации. Тез. докл. Меадународн.конф. Сыктывкар, 1991. -7-98.

Гашев С.Н., Казанцева М.Н., Соромотин A.B., Рыбин A.B. Выбор объ-ов и критериев для экологического мониторинга нефтезагрязненных геоценозов северной тайги//Там же.- С.46-47. Гашев С.Н., Гашева М.Н., Соромотин A.B. Влияние нефти на прорас-ие семян, рост и развитие проростков сосны обыкновенной//Лесоведе-.- 1991.- »2.- С.74-77.

Гашев С.Н., Казанцева М.Н., Рыбин A.B., Соромотин A.B. Влияние

факела по сжиганию неутилизируемых компонентов нефти и газа на ле ныв биогеоценозы//В сб. ¡Проблемы рац. использования, воспроюводс и экологического мониторинга лесов.- Свердловск, 1991.- С.36-38.

13. Ryibln A.v., Oaehev З.И., Ka««ntaeva М.Н., Soromotin A.V. On problem of phytomelioratlon of оШ-polluted lands//Proo.of the в« International Conf."The role of olrouspolur universities la north< development". - Tyumen, 1991.- P.76-77.

14. Гашев C.li., Казанцева M.H., Соромотян А.В, Методике оцеихж фи пригодности нефтеэагрязнен1шх территорий (с рекомендациями х реку тивационным работам).- Темень, 1992,- 12 С.

15. Гашев С.Н., Казанцева М.Н., Соромотян А.В., Рыбин А.В. Эколо ческая оценка масштабов нефте-солевого загрязнения Среднего Прио //В сб. ¡Безопасность жизнедеятельности в Сибири и на Крайнем Севе Матер. I Межгосударств, конф.- Санкт-Петербург, 1992.- С.52-54.

16. Казанцева М.Н., Гашев С.Н., Соромотян А.В.,Рыбин А.В. Влияние рой нефти на прорастание семян и развитие проростков древесных в вянистых растениЙ^/Лесоведение.- 1993.- Й5'.- С.64-68.

17. Kazantseva M.N. Influence of oil pollution on forest floor pi cover of taiga forests In the middle course of the Ob//Extend*d • raots for an In tern. oonf. "The development of the north and proble of «cultivation".- Ohio, 1994.- P. 10-11.

18. Cashev S.N., Kacanteeva М.Я., Soromotln A.V., Ryibln A.V. Cho of objects and criteria for the ecological monitoring of oil-oont nated blogeocenoaee of the northen taiga//TaM же.- С.98-99.

19. Гашев C.H., Казанцева М.Н., Соромотин А.В., Рыбин А.В. Влия! факелов на биогеоценозы Среднего Приобья/УБвл. МОИП.- 1994.- T.9S

т.- с.з-6.