CC BY
27
УДК 528.854
О.С. Токарева, Ю.М. Полищук ИХН СО РАН, Томск
МОНИТОРИНГ СОСТОЯНИЯ ТЕМНОХВОЙНЫХ ЛЕСОВ В ЗОНЕ ЗАГРЯЗНЕНИЯ АТМОСФЕРЫ НА ТЕРРИТОРИИ НЕФТЕДОБЫВАЮЩИХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ
O.S. Tokareva, Yu.M. Polishchuk
Institute of Petroleum Chemistry SB RAS
Akademichesky ave., 4, Tomsk, 634021, Russian Federation
MONITORING OF DARK-CONIFEROUS FORESTS STATE IN AIR POLLUTION ZONE IN OIL DEPOSITS TERRITORY
The atmospheric pollution caused by gas burning in torches on the oil deposits is one the most essential factors of oil production impact on forest ecosystem. It is known, dark coniferous forest is the most sensitive to atmospheric air pollution. Soot blocks the stomas of conifer needles. As results of pollutant effect degree of defoliation is increases, lifetime of needles and forest productivity is reduced.
The comparative analysis of change of dark-coniferous forest state depending on a level of atmospheric pollution as result of gas burning in torches is lead. The pilot territory selected in the Tomsk region (Vasugan group of oil deposits). Air pollution zones are determined for different soot concentrations by modeling the pollutant dispersal in the atmosphere using geo-information modeling system. The background sites are selected outside of air pollution zones. For the analysis the values of vegetative index NDVI received on basis of processing of space images from the satellite Landsat (spatial resolution 30 m) occurring at different times of survey was used in this work.
Загрязнение атмосферы в результате факельного сжигания попутного газа на нефтяных месторождениях является одним из наиболее существенных факторов воздействия нефтедобывающего комплекса на лесные экосистемы Западной Сибири [1]. В результате сжигания попутного газа в атмосферный воздух выбрасываются в значительных объемах сажа, диоксид азота, углеводороды, оксид углерода и образуются обширные шлейфы с небольшой концентрацией загрязняющих веществ.
Современный этап мониторинга лесов предполагает в качестве обязательной компоненты использование космических снимков и ГИС-технологий. В настоящее время достаточно изучено влияние загрязнения атмосферы на леса в зонах воздействия крупных промышленных предприятий, например, цветной металлургии, где уровень загрязнения атмосферы настолько высок, что зачастую приводит к полной деградации древостоев на обширных территориях. На космических снимках хорошо видны последствия такого воздействия [2]. Как правило, выявляются зоны деградации со значительными изменениями в структуре растительного покрова, когда все или часть деревьев отмирает.
Известно, что наиболее чувствительными к загрязнению атмосферного воздуха являются деревья темнохвойных пород, имеющие наиболее длительный
цикл смены хвои (5-7 лет). За время этого цикла в хвое может адсорбироваться и накапливаться значительное количество вредных веществ (и в первую очередь, сажи), что может привести к изменениям физиологических процессов. В частности, загрязнение воздушной среды сажей приводит к нарушению дыхательных систем растений, так как сажа забивает дыхательные устьица хвоинок. Загрязнение атмосферного воздуха влияет на продолжительность жизни хвои, степень дефолиации деревьев, прирост деревьев и ведет к снижению продуктивности фитоценоза. В работе биологов из Югорского государственного университета [3] приведены некоторые результаты наземных исследований состояния кедров и елей в районе Приобского месторождения -наиболее крупного нефтяного месторождения ХМАО, где ежегодно сжигается 2-3 млрд. м попутного газа. Авторами изучены масса хвои, степень дефолиации кроны и степень охвоенности побегов в зависимости от расстояния до факелов. Установлено, что по мере приближения к факелам состояние древостоев ухудшается.
Целью данной работы является сравнительный анализ изменения состояния лесного покрова на участках в непосредственной близости от факела для сжигания попутного газа и на фоновых участках, неподверженных загрязнению атмосферы, с использованием космических снимков.
Для проведения исследований выбран тестовый участок, относящийся к территории нефтедобычи в Томской области. Участок расположен в зоне влияния Васюганской группы месторождений и находится в подзоне южной тайги, основным зональным типом которой являются темнохвойные (кедр, ель, пихта) и мелколиственные леса, отличающиеся хорошо развитым древостоем. Добыча нефти здесь ведется с 1978 года. Васюганская группа месторождений расположена достаточно изолировано, поэтому влияние других предприятий нефтедобывающего комплекса можно не учитывать. Для данной территории имеются лесотаксационные планы, данные из экологических паспортов месторождений о выбросах в атмосферный воздух, разновременные космические снимки ЬапёБа1 (пространственное разрешение 30 м).
Космические снимки являются полноценным источником данных для построения ландшафтных карт и позволяют более эффективно решать задачи оценки состояния растительного покрова на обширных по площади территориях Западной Сибири, являющихся труднодоступными для крупномасштабных наземных исследований из-за высокой заболоченности. На основе обработки космических снимков ЬапёБа! с привлечением данных по лесоустройству определена структура растительного покрова территории и выбраны участки темнохвойного леса в зонах с уровнями загрязнения атмосферы сажей более 1 ПДК, от 1 до 0,5 ПДК, от 0,1 до 0,5 ПДК. Схема расположения исследуемых участков относительно факелов месторождений Васюганской группы приведена на рис. 1. На рисунке показаны границы зон загрязнения атмосферы сажей с различными уровнями загрязнения и темнохвойные выделы, попадающие в указанные зоны. За пределами зон загрязнения атмосферы отмечены участки темнохвойного леса, расположенные на юге ХМАО на территории Юганско-Ларъеганской ландшафтной провинции
и на юго-западе Томской области и используемые в качестве фоновых. Выбор фоновых участков обусловлен отсутствием непосредственного техногенного воздействия, сходными с тестовым участком климатическими и ландшафтными характеристиками. Фоновые участки покрываются теми же космическими снимками, что и тестовый участок. Это позволяет провести более корректный сравнительный анализ состояния растительного покрова, так как съемка проводилась в одинаковых условиях.
Рис. 1. Схема расположения изучаемых участков относительно факелов Васюганской группы месторождений, наложенная на космический снимок
Изменение состояния темнохвойных лесов оценивалось на основе расчетов известного вегетационного индекса NDVI (показатель количества фотосинтетически активной биомассы) [4], который широко применяется для определения динамики растительного покрова.
Реакции деревьев темнохвойных пород на атмосферное загрязнение невысокой концентрации отложены во времени, поэтому для исследований использованы разновременные космические снимки территории с промежутком съемки в несколько лет. Изменения в состоянии лесного покрова с течением времени происходят также в результате естественного развития деревьев, воздействия погодных факторов и т. д. Предполагается, что в одинаковых условиях произрастания состояние деревьев под влиянием природных факторов изменяется одинаково. Из рассмотрения были исключены участки леса, имеющиеся на более раннем снимке и уничтоженные в результате пожаров и развития инфраструктуры на месторождениях, а также закрытые облачностью на одном из снимков.
Произведён сравнительный анализ изменения состояния темнохвойной части лесного массива на территории Васюганской группы нефтяных месторождений в зависимости от уровня загрязнения атмосферы сажей. Для анализа использованы значения относительного вегетационного индекса МОУ1, полученные по данным космической съемки этой территории со спутника ЬапёБа! от 25.08.1987 г. и 19.09.1999 г.
Для каждого выбранного выдела рассчитывается среднее значение №ОУ1 по космическим снимкам с разными датами съемки, затем для каждого выдела рассчитывается величина относительного изменения:
^_ЩРУ12ср-МРУ11ср)
~ ЫРИгср '
где МБУ11ср, ЫОУ12ср - средние значения МОУ1 для каждого выбранного выдела, рассчитанные по первому и второму снимку соответственно.
Сравнение полученных величин позволяет установить наличие изменений в состоянии лесов в результате техногенного воздействия. На рис. 2 приведены средние показатели 5, рассчитанные для выделов, находящихся на тестовом участке в зонах загрязнения атмосферы сажей с различным уровнем загрязнения и для выделов фоновых участков, не подверженных загрязнению атмосферы. В рассматриваемый период времени происходит уменьшение значений №ОУ1, связанное с изменением вегетационного периода (август -середина сентября). Как видно из рис. 2, по мере повышения уровня загрязнения атмосферного воздуха сажей значение №ОУ1 уменьшается с течением времени в несколько большей степени, что может говорить о влиянии загрязнения атмосферы на состояние деревьев, приводящем к более интенсивному опаду хвои.
уровень загрязнения атмосферы (вдоляхПДК) фон 0.1-0,5 ПДК 0,5-1 ПДК более 1 ПДК
-0.216 -г--т---.---1---
-0.218 -^Н-^Н-^Н-^Н-
-0.22------ И-
-0.222 --^Н-^Н- ^И-
-0.224 -0.226
-0.228 -0.23
5 ге
х а> к ш о
Рис. 2. Зависимость относительного изменения индекса вегетации от уровня
загрязнения атмосферы
Несмотря на выявленную в данном случае тенденцию, можно также предположить, что на данной территории сложился фитоценоз, устойчивый к уровню загрязнения атмосферы, характерному для Васюганской группы месторождений, так как различия в изменении состояния лесного покрова являются статистически незначимыми.
В дальнейшем представляет интерес произвести подобный сравнительный анализ по космическим снимкам более высокого разрешения, что позволит полностью исключить влияние на полученные результаты возможных примесей мелколиственных деревьев.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Полищук Ю.М., Токарева О.С. Геоинформационная технология оценки воздействия загрязнения атмосферы на лесоболотные комплексы в нефтедобывающих регионах Западной Сибири. - В кн.: Аэрозоли Сибири. Под ред. К.П. Куценогого. -Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2006. - С. 471-488.
2. Цветков В.Ф., Цветков И.В. Лес в условиях аэротехногенного загрязнения. -Архангельск, 2003. - 354 с.
3. Касаткин А.М., Кокорина Н.В., Полищук Ю.М. Исследование биоиндикационных свойств темнохвойных пород // Эколого-географические проблемы природопользования нефтегазовых регионов: Теория, методы, практика: Доклады III Международной научно-практической конференции, Нижневартовск, 25-27 октября 2006 г. - Нижневартовск: Нижневарт. гос. гуманит. ун-т, 2006. - 311 с.
4. Барталев С.С. Оценка индикаторов состояния лесов Московской области по данным спутникового наблюдения // Исследовано в России. - Электронный журнал. -[http://zhurnal.ape.relarn.ru/articles/2006/100.pdf].
© О.С. Токарева, Ю.М. Полищук, 2009
