Фитоиндикация трансформации ландшафта в зоне нефтедобычи

In article results of geobotanical researches of the wood landscape broken by development of oil deposits are considered (by the example of the Belarus Polesye). The analysis Floristic and ecological structures of a vegetative cover in zones of disturbances is executed. Connection between characteristics of vegetation and ecological conditions of technogenic complex is established. Changes of structure of vegetation on chisel platforms are investigated. Laws of transformation ecosystems in places of failures of oil pipelines are established. Parameters of vegetation which can be used for indication of the infringements connected to oil pollution are revealed.

Разработка и эксплуатация нефтяных месторождений, а также транспортировка нефти являются мощным фактором трансформации природных ландшафтов. В результате техногенного воздействия формируются разнообразные техногенные модификации, которые можно рассматривать как своего рода сукцессионные стадии деградации или восстановления первичной природной геосистемы. Эффективное изучение и оценка техногенных изменений возможны на основе геоботанической индикации, сущность которой заключается в определении уровня техногенного воздействия по изменению отдельных компонентов и элементов растительного покрова (фитоиндикаторов).

Степень трансформации компонентов природного ландшафта определяется сравнением фоновой (потенциальной) растительности природных экосистем с растительностью одноранговых экосистем, находящимися под воздействием техногенного фактора – техногенных модификаций.

Источниками техногенного загрязнения ландшафтов, связанного с нефтедобычей, являются скважины, земляные «амбары», водоводы и трубопроводы, насосное оборудование, резервуары-отстойники, склады горюче-смазочных материалов, факельные системы и т.д.

Буровые работы являются мощным источником локальной трансформации ландшафтов. На обустройство одной скважины отчуждается 2-3 га. Бурение сопровождается образованием значительных объемов буровых сточных вод (в среднем 4-5 тыс. м³ на 1 скважину) и бурового раствора (до 1 тыс. м³ на 1 скважину). Буровые стоки содержат нефтепродукты, различные органические вещества, соли, химические реагенты, щелочи и т.д. Эти вещества складируются в котлованы («амбары») глубиной до 2 м и объемом не менее 2 тыс. м³. «Амбары» являются постоянно действующими источниками загрязнения почв, поверхностных и грунтовых вод.

На территориях нефтяных месторождений источниками загрязнение окружающей среды нефтью и нефтепродуктами являются: аварийные выбросы при бурении и эксплуатации скважин; утечки из амбаров и шламонакопителей; аварии хранилищ нефти и нефтепродуктов; аварии трубопроводов. При транспортировке нефти каждые 100 погонных метров нефтепроводов подвергаются прорыву в среднем 1 раз в 10-12 лет. Разрыв одного трубопровода выводит из строя 0,5 га земли в среднем.

Разработка нефтяных месторождений оказывает значительное воздействие на природные ландшафты, ведущее к изменениям в его компонентах: рельефе, почвах, поверхностных и грунтовых водах, биоте. Техногенные изменения в этом случаях можно разделить на механические нарушения и химическое загрязнение.

Механические нарушения преобладают на начальном этапе разработки месторождения: при вырубке лесов, прокладывании дорог, коммуникаций, трубопроводов, оборудовании буровых площадок, засыпке естественных углублений рельефа (балок, оврагов, русел ручьев). Механическим нарушениям подвергаются почвы, растительный покров, рельеф. Происходит повреждение и уничтожение растительности, а также распугивание и  уничтожение животного населения. Наиболее мощным источником нарушения является транспортировка буровых установок и другого массивного оборудования.

Чувствительным индикатором, как механических нарушений, так и химического загрязнения является растительный покров.

По уровню техногенной нагрузки и формам воздействия были выделены техногенные модификации исходной растительности:

ТМ-1 – зона максимальных нарушений (буровые площадки, участки вблизи нефтедобывающих скважин, недавно проложенные нефтепроводы и т.д. – территории, подверженные непрерывному воздействию);

ТМ-2 – зона сильных нарушений (рекультивированные буровые площадки,  пустыри – территории, подверженные эпизодическому воздействию, начальная стадия процесса восстановления растительного покрова);

ТМ-3 – зона умеренных нарушений (периферийные участки вокруг буровых площадок, участки, выведенные из использования, с частично восстановленным растительным покровом, начальными процессами восстановления почв, а также слабо нарушенные в ходе эксплуатации  полуприродные комплексы).

Так, наблюдения на территории Речицкого района Гомельской области показывают, что на буровых площадках, даже в случае последующей рекультивации, сохраняются неоднородности нарушенного экотопа, отражающиеся в структуре вторичного растительного покрова. На основе признаков растительности можно выделить ряд техногенный модификаций исходной геосистемы. «Ядро» зоны нарушений - территория «амбаров». Здесь наблюдается гибель культуры сосны и практически полное отсутствие травянистого покрова. Большая часть площади представляет собой плотносцементированную поверхность верхнего слоя техногенных наносов, характеризующуюся значительной засоленностью. Слои техногенных наносов с включениями металлических предметов, растительных остатков, мусора залегают до глубины 40-50 см, после чего сменяются песками. Уровень грунтовых вод обнаруживается на глубине 1,3 м. Минерализация грунтовых вод составила 5-8 г/л, что существенно выше фоновых значений (до 1 г/л). Содержание растворимых солей в водной вытяжке почвогрунта, отобранного с поверхности, составляет 2-5 г/л. Эти изменения обусловлены тем, что на этом участке располагалась буровая установка и «амбары» для буровых стоков, которые явились причиной засоления поверхностных отложений и грунтовых вод, что, в свою очередь, создало неблагоприятные условия для развития культуры сосны и любой другой растительности.

Для остальной территории буровой площадки характерны процессы восстановления растительности. В первые годы после рекультивации формируются такие ассоциации, как Echinochloo-Setarietum и Chenopodietum albi. Через 5-6 лет наблюдается формирования травяного покрова, в котором преобладает вейник наземный (ассоциация Calamagrostietum epigeji). Здесь засоление верхних слоев почвогрунта, как правило, не фиксируется, но минерализация грунтовых вод была несколько выше, чем в естественных условиях.

Одной из особенностей ландшафта, нарушенного при разработке нефтяных месторождений, является нефтяное загрязнение. Наиболее распространенным источником нефтяного загрязнения ландшафта являются аварии нефтепроводов. На основе исследований проводимых на полигоне, расположенном в зоне аварии нефтепровода (Гомельский район), нами были установлены закономерности послеаварийного восстановления растительного покрова и выявлены показатели растительности, отражающие уровень загрязнения.

В результате аварии нефтепровода произошло как поверхностное, так и внутрипочвенное загрязнение, проникшее также в грунтовые воды. Поверхностный разлив нефти привел к гибели практически всей растительности. Восстановление ее началось через два-три года после аварии. Пионерные группировки были представлены такими видами, как Chamaenerion angustifolium (L.) Scop., Equisetum arvense L, Setaria viridis (L.) Beauv., Erigeron canadensis L.

Загрязненные нефтью участки подверглись рекультивации (сбор нефти, снятие верхнего слоя почвы, перепахивание), которая локализовала распространение загрязнения. Несмотря на рекультивационные работы, загрязненные участки легко фиксируются по визуальным признакам. Наиболее отчетливо наличие нефти и продуктов ее разложения прослеживается в месте прорыва (на площади свыше 3 тыс. м²). Загрязненный почвенный профиль визуально отличается от профиля незагрязненной почвы: по всей вскрытой толще (1,2 м) распространены темно-серые и черные пятна нефти и продуктов ее разложения. По степени нарушенности выделены техногенные модификации (ТМ):

ТМ-1 – участки нефтепровода с максимальным нефтяным загрязнением;

ТМ-2 – участки нефтепровода с умеренным загрязнением;

ТМ-3 – участки нефтепровода, не подвергшиеся загрязнению.

Все модификации характеризуются комплексом нарушений, присущих для нефтепроводов в целом: вырубка древесных ярусов, разрушение напочвенного покрова и почвенных горизонтов. Все эти изменения одинаковы в пределах выделяемых зон. Основные различия связаны с загрязнением нефтью, обусловленным аварией нефтепровода. Для зоны ТМ-1 характерна наибольшая степень загрязнения; затвердевшая нефтяная кора, толщиной 1-3 см, покрывает 30-40% ее площади. На всей территории отмечается битуминизация песчаных грунтов, прослеживаемая до уровня грунтовых вод (1,2 м). Растительный покров имеет проективное покрытие 10-30%, причем 5-20% приходится на угнетенные рыжие мхи. Распространение растений диффузное; некоторые виды имеют морфологические нарушения (искривление стеблей, скрученность листьев, некрозы). Вне участков затвердевшей нефтяной коры в напочвенном ярусе отмечены Erigeron canadensis L., Setaria viridis (L.) Beauv., Calamagrostis epigeios (L.) Roth., Chamaenerion angustifolium (L.) Scop., Achillea millefolium L., Elytrigia repens (L.) Nevski, Equisetum arvense L. На участках, покрытых нефтяной коркой растительность отсутствует полностью.

В зоне ТМ-2 следы нефтяного загрязнения отмечаются эпизодически в виде битумизированных остатков в верхней части литогенной основы (первые 10-20 см). Напочвенный ярус имеет проективное покрытие 30-90% (52,5% в среднем). Восстановление растительности происходит в локальных понижениях микрорельефа. Повышенные участки, как правило, обнажены и представляют собой слабозакрепленные рыхлые пески. В травяном покрове преобладают виды, типичные для лесных вырубок (Chamaenerion angustifolium (L.) Scop., Calamagrostis epigeios (L.) Roth.) с примесью рудеральных видов, нехарактерных для вырубок (Polygonum convolvulus L., Setaria viridis (L.) Beauv., Rumex acetosella L., Oenothera biennis L., Artemisia absinthium L., Elytrigia repens (L.) Nevski, Equisetum arvense L. и другие). В зоне ТМ-3 происходит увеличение проективного покрытия травяного покрова до 80%. Видовая структура растительности близка к растительности, типичной для лесных вырубок – сообщества класса Epilobietea angustifolii R.Tx. et Prsg. in R.Tx. 1950 (доминирует Calamagrostis epigeios (L.) Roth., Chamaenerion angustifolium (L.) Scop., Fragaria vesca L., Cytisus ruthenicus Fisch., Rubus idaeus L., встречаются Pteridium aquilinum (L.) Kuhn., Calluna vulgaris (L.) Hill., Vaccinium myrtillis L., Rubus saxatilis L., зеленые мхи).

Чувствительно реагируют на нефтяное загрязнение древесные и кустарниковые виды. В зоне ТМ-1 общая численность естественного возобновления древесных и кустарниковых видов составила всего лишь 650 шт./га. Средняя высота подроста – до 0,5-0,7 м. Видовой состав: Betula pendula Roth. – 46%, Salix sp. – 40%. Многие экземпляры имеет видимые повреждения. В зоне ТМ-2 численность возобновления увеличивается до 2,5 тыс. шт./га (средняя высота 0,5-1,2 м). В его составе - Betula pendula Roth., Populus tremula L., Salix sp. Для участков ТМ-3 характерно еще большее возрастание численности подроста (до 9,3 тыс. шт./га) и видового разнообразия (отмечено 6 видов деревьев и 4 виды кустарников).

Показатели естественного возобновления служат критериями успешности протекания восстановительной сукцессии в нарушенном лесном ландшафте. Видно, что наиболее интенсивно процессы восстановления протекают на участке с незагрязненными почвогрунтами. По мере увеличения степени загрязнения происходит снижение численности возобновления, высоты и жизненности подроста, проективного покрытия травяного яруса. Для участка с максимальным уровнем загрязнения данные показатели имеют наименьшие значения. Здесь за тот же период времени восстановительный процесс проявился лишь в развитии крайне разреженного травяного покрова и низкорослом подросте березы.

Трансформация наблюдается также в природных экосистемах, находящихся вне магистрали нефтепровода. Поток нефти аккумулировался в пределах черноольшанника (Carici elongatae-Alnetum Koch 1926), расположенного в понижении рельефа. Аккумуляция нефти и продуктов ее разложения в торфяно-болотных почвах, с застойным режимом, черноольшанника осокового вызвала интенсивную деградацию древесного яруса (усохло до 50-80% древостоя) и подроста.

Трансформация отражается в значительной снижении численности естественного возобновления и смене типа возрастного (онтогенетического) спектра ольхи черной по градиенту загрязнения.

Деградация вида-эдификатора вызывает существенное изменение экологических условий обитания других видов (прежде всего микроклимата), что, в свою очередь, обуславливает  трансформацию видового состава всей растительности.

Таким образом, фитоиндикаторами техногенного воздействия на лесной ландшафт при разработки нефтяных месторождений и транспортировки нефти могут являться следующие характеристики:

1) фитоценотическая структура растительного;

2) показатели деградации естественного возобновления древесно-кустарниковых видов (уменьшение его численности и изменение видовой структуры); морфологические особенности растений (некрозы, усыхание, изменение окраски, низкорослость);

3) показатели видового богатства древесно-кустарниковой и травяной растительности.

Подробнее в работах:

Гусев А.П. Фитоиндикаторы трансформации природного ландшафта при аварии нефтепровода // Известия Белорусского государственного педагогического университета им. М. Танка. Сер. 3. Физика. Математика. Информатика. Биология. География. – 2006. - №2.

Гусев А.П. Фитоиндикаторы трансформации природного ландшафта в зоне нефтедобычи (на примере юго-востока Белоруссии) // География и природные ресурсы. – 2007. – №2. – С. 177-183.