CC BY
122УДК 630*581 524 34
М.Н. Казанцева*, Г.А. Размахнина**
ОСОБЕННОСТИ ОТВЕТНЫХ РЕАКЦИЙ НА СЛАБОЕ НЕФТЯНОЕ ЗАГРЯЗНЕНИЕ СУХОДОЛЬНЫХ И ЗАБОЛОЧЕННЫХ СОСНЯКОВ ЮЖНОЙ ТАЙГИ ЗАПАДНОЙ СИБИРИ
Приводятся результаты обследования нефтезагрязненных сосняков южной тайги Западной Сибири, суходольных и гидроморфных местообитаний. Показано, что даже относительно слабое нефтяное загрязнение приводит к существенным дигрессионным изменениям древостоев и нижних ярусов лесного фитоценоза, его структурным перестройкам и снижению продуктивности. При этом гидроморфные условия усиливают негативное действие нефти.
Западная Сибирь, южная тайга, сосняки, нефтяное загрязнение, древостой, живой напочвенный покров.
Западная Сибирь — главный нефтедобывающий регион России. В настоящее время здесь открыто и находится в стадии промышленного освоения более 600 месторождений нефти и газа. Нефтегазовая промышленность потенциально опасна для окружающей среды. Все используемые в ней технологии и материалы в той или иной степени нарушают природные процессы. По мнению экспертов, освоение месторождений, транспортировка и переработка углеводородного сырья по воздействию на компоненты окружающей среды стоят на третьем месте из 130 отраслей современного производства [Панов и др., 1986]. Наиболее специфичным видом воздействия нефтедобычи на природные экосистемы является нефтяное загрязнение. Ежегодно на месторождениях Западной Сибири в окружающую среду попадают десятки тысяч тонн нефти и нефтепродуктов [О состоянии..., 2004].
Высокая заболоченность Западно-Сибирской равнины обусловливает специфичность последствий нефтяного загрязнения природных экосистем. Слабая расчлененность поверхности, покрытой заболоченными лесами, болотами и многочисленными озерами, создает условия накопления гигантского объема загрязняющих веществ и созданию тем самым опасных ситуаций для существования растительного и животного мира. Знание специфики ответных реакций на нефтяное загрязнение биоценозов, развивающихся в условиях гидроморфности, имеет практический интерес для планирования системы мероприятий по их охране и разработки методов рекультивации.
Цель настоящего исследования — сравнительный анализ последствий нефтяного загрязнения суходольных и заболоченных лесов южной тайги Западно-Сибирской равнины. Особенность данной работы состоит в том, что для анализа использованы участки с относительно слабой степенью нефтяного загрязнения.
Для большинства нефтяных разливов региона отмечается высокая концентрация нефти в верхних почвенных горизонтах, превышающая 100 г/кг (более 10 вес. %) [Гашев и др., 1996]. Для таких участков характерны глубокие изменения всего биоценоза; в большинстве случаев на них требуется проведение специальных рекультивационных работ для ускорения демутаци-онных процессов. При малых дозах загрязнителя дигрессионные изменения в
биоценозах могут быть выражены не так явно. Данные о таких разливах часто вообще не попадают в сводки об общем количестве аварий, предоставляемые нефтедобывающими компаниями. Тем не менее на участки со слабой степенью загрязнения приходится до 37 % от общего фонда нефтезагрязнен-ных земель отдельных месторождений [Бобов и др., 1988].
Работы проводились в 2009-2010 гг. на территории Кальчинского месторождения нефти в Уватском административном районе Тюменской области. Материалом послужили данные шести пробных площадей, заложенных в лесах сосновой формации. Одна серия опыта, состоящая из трех пробных площадей, заложена в условиях суходола (С), в сосняке зеленомошно-брусничном, другая — в гидроморфных условиях (Г), в сосняке сфагново-багульниковом. Каждая серия включает в себя одну контрольную (К) и две опытные площади.
Для анализа на содержание нефтепродуктов на опытных участках в девяти точках отбирались образцы лесной подстилки, из которых были сформированы по три смешанные пробы (одна из трех образцов). Результаты анализа приводятся в табл. 1. Участки в каждой серии опыта отличаются друг от друга по содержанию нефти, но во всех случаях, по существующей классификации [Гашев и др., 1992], загрязнение оценивается как слабое.
Таблица 1
Характеристика нефтяного загрязнения на опытных участках
Опытные площади
Показатель Суходольные Гидроморфные
С1 С2 Г1 Г2
Содержание нефти в подстилке, г/кг Дата разлива нефти, год 2,1±0,2 18,6 2001 31,2±1,4 11,7 2001 3,7±0,4 16,6 2002 22,2±0,5 3,8 2001
Примечание. В числителе среднее значение с ошибкой, в знаменателе — коэффициент вариации, %.
Давность разливов на момент обследования составляла 8-9 лет. За это время первоначальная концентрация нефти в почве, безусловно, снизилась, однако, в соответствии с существующими оценками скорости деградации нефти в почвах региона, можно заключить, что ее количество и в момент аварии также не было высоким [Казанцева, 1994].
Размер каждой пробной площади составляет 2500 м2 (50*50 м). На всех участках было проведено детальное обследование древостоя и живого напочвенного покрова.
Древесная растительность на пробных площадях представлена спелыми насаждениями сосны обыкновенной (Pinus sylvestris) с участием березы пушистой (Betula pubescens). На одной из контрольных площадей (СК) встречаются единичные экземпляры ели (Picea obovata). Таксационная характеристика древостоя на обследованных участках, полученная по результатам его полного перечета, представлена в табл. 2.
Основные различия в таксационных показателях насаждений обусловлены условиями их произрастания. Заболоченные участки в целом отличаются более низкими значениями средних морфометрических показателей деревьев, полноты насаждений и их продуктивности. В обеих сериях опыта отмечается тенденция к снижению таксационных показателей древостоя на загрязненных участках, что может свидетельствовать о замедлении процессов роста и развития деревьев под действием нефти. Однако статистически эта разница не подтверждается.
Таблица 2
Таксационная характеристика насаждений на пробных площадях
№ Породный состав Класс возраста Густота, шт./га Диаметр, см Высота, м Запас, м3/га Полнота Бонитет, класс
Суходольные
СК 9С1 Бед.Е У-УІ 448 24,0 20,1 185,9 0,6 ІІІ
С1 9С1Б У-УІ 480 21,5 19,0 142,1 0,5 ІУ
С2 8С2Б У-УІ 494 20,0 18,2 131,9 0,5 ІУ
Гидроморфные
ГК 9С1Б У-УІ 528 16,3 15,4 77,6 0,3 У
Г1 9С1Б У-УІ 504 13,7 14,8 64,8 0,3 У
Г2 9С1Б У-УІ 513 12,5 12,0 35,9 0,2 Уа
В ходе обследования древостоев было определено состояние каждого дерева с использованием трехбалльной шкалы. Результаты обследования представлены на рис. 1. Состояние древостоев на пробных площадях гидро-морфной серии существенно хуже, чем на суходольных, что связано с изначально более напряженной экологической обстановкой в связи с процессами заболачивания. Общее количество угнетенных и погибших деревьев даже в контроле здесь в 5 раз выше, чем на контрольном суходольном участке.
В обеих сериях опыта отмечена прямая зависимость числа угнетенных и погибших деревьев от интенсивности нефтяного загрязнения. Особенно существенно увеличивается количество деревьев в неудовлетворительном состоянии на заболоченных участках. Их доля в составе древостоев составляет 36 % (Г1) и 39 % (Г2). Логично ожидать перехода части этих деревьев в категорию погибших в течение нескольких последующих лет. Все это указывает на продолжающиеся процессы дигрессии древостоев даже через 8-9 лет после относительно слабого загрязнения нефтью.
о
100
80
60
40
20
0
/
□ погиб.
□ неуд.
□уд.
СК С1 С2 ГК Г1 Г2
Суходольные Гидроморфные
Рис. 1. Распределение деревьев пробных площадей по категориям состояния
Анализ различных видов повреждения стволов и хвои сырорастущей части древостоев показал, что на нефтезагрязненных участках существенно возрастает как общее количество, так и спектр отмечаемых повреждений, при этом гидроморфные условия произрастания значительно усугубляют ситуацию (рис. 2).
Наиболее универсальными видами повреждений, встречающимися почти на всех опытных и контрольных участках, являются трещины и отслоение коры, а также наличие следов деятельности насекомых-вредителей (в основном ксилофагов). Однако относительная доля деревьев с такими повреждениями в общей сложности невелика.
Для загрязненных участков особенно характерны различные виды повреждения хвои: усиленный опад, хлороз (посветление) и верхушечный некроз хвоинок. Такие нарушения часто отмечаются в качестве неспецифической реакции хвойных растений на химическое загрязнение среды [Десслер, 1981].
□ нет повр еждений Н рак ствола
□ отслоение коры Ш некроз хвои
В хлороз хвои
□ вредители ■ опад хвои
Рис. 2. Виды повреждения стволов и хвои сосны на суходольных участках
Важное индикаторное значение при оценке состояния лесного биоценоза имеет растительность нижних ярусов леса, которая при разливе нефти принимает на себя ее первый «удар». Небольшие размеры и относительно непродолжительный жизненный цикл травянистых растений, мхов и кустарничков определяют значительно более быстрые и глубокие изменения в их состоянии по сравнению с древесной растительностью. Эти же особенности обеспечивают им и более быстрые темпы восстановления после снижения концентрации и токсического эффекта нефти.
Состояние растений живого напочвенного покрова оценивалось на учетных площадках размером 1*1 м, заложенных на каждой пробной площади в количестве 25 шт. по пяти параллельным трансектам. На каждой площадке определялись общее проективное покрытие и видовой состав растений. Сравнение основных интегральных характеристик живого напочвенного покрова на пробных площадях по результатам обследования приводится в табл. 3.
Гидроморфные площади в целом отличаются более низкими значениями видового богатства и насыщенности в результате выраженного доминирования в покрове сфагновых мхов и багульника, к которым по мере дальнейшего заболачивания присоединяются осоки и пушица. Относительно низкие значения общего проективного покрытия на заболоченных участках по сравнению с суходольными в данном случае связаны с наличием на них обводненных понижений, лишенных растительности.
Все рассмотренные показатели на контрольных участках выше, чем в опыте, что указывает на существенное пролонгированное действие нефти, проявляю-
щееся даже через девять лет после относительно слабого загрязнения. Показательно, что снижение общего проективного покрытия выражено в большей степени на суходольных площадях, чем на гидроморфных. На С1 этот показатель ниже, чем в контроле, более чем на 30 %, на С2 — более чем на 40 %. На заболоченных площадях разница составляет всего 18,8 % (Г1) и 28,3 % (Г2). Такая картина — результат успешного зарастания заболоченных участков осоками и пушицей, проявляющими повышенную устойчивость к нефти.
Таблица 3
Характеристика живого напочвенного покрова на пробных площадях
Пробные площади Общее количество видов Общее проективное покрытие, % Видовая насыщенность, видов/учет. пл.
X±m X±m
Суходольные
СК 18 80,2±2,3 15,2 4,2±0,1 15,6
С1 14 49,8±4,7** 46,7 2,6±0,2** 36,8
С2 13 39,8±1,9** 19,7 2,3±0,2** 17,9
Гидроморфные
ГК 16 65,5±2,2 19,2 2,9±0,1 19,8
Г1 13 46,7±4,4* 71,4 2,1±0,2* 54,2
Г2 12 37,2±3,1 ** 45,6 1,9±0,2** 28,3
Примечание. Различия достоверны: X±m — среднее значение с ошибкой, ^ — коэффициент вариации, %; различия с контролем достоверны: * — при Р < 0,01; ** — при Р < 0,001.
Статистически значимых различий по проективному покрытию и видовой насыщенности между загрязненными участками в пределах одной серии опыта не обнаружено.
Опытные участки отличаются от контрольных менее равномерным распределением по площади, как покрова в целом, так и отдельных видов растений. Это связано с наличием пятен не восстановившейся растительности в местах повышенного скопления загрязнителя, а на заболоченных площадях — и с увеличением общей обводненности территории.
о
100п
80
60 _ ,
40-
20-
0 —, 1 —V
□ болотные
□ луговые
□ лесные
СК С1 С2 Суходольные
ГК Г1 Г2
Г идроморфные
Рис. 3. Распределение общего количества видов на пробных площадях по основным экологическим группам
Нефтяное загрязнение приводит к существенным перестройкам в видовой структуре живого напочвенного покрова. Изменяется соотношение видов и групп растений (рис. 3). Под влиянием нефти из травостоя исчезают многие лесные виды. Вместо типичных лесных растений внедряются луговые и бо-
лотные, способные переносить повышенную инсоляцию и влажность почвы, более устойчивые к токсическому воздействию нефти и кислородному дефициту. Увеличение доли гигрофитов в составе живого напочвенного покрова нефтезагрязненных лесов, отмеченное в наших предыдущих публикациях [Казанцева, 2006] и работах других авторов [Чижов, 1998, Отчет..., 2008], связано с изменением гидрологического режима почв вследствие нефтяного загрязнения (в результате задержки атмосферной влаги в замазученных понижениях микрорельефа, возрастания гидрофобных свойств почв, снижениея дренирующей роли древостоев).
На процессы заболачивание суходольных лесов при загрязнении нефтью указывают и данные сравнительного анализа пробных площадей с использованием коэффициента флористического сходства Серенсена (табл. 4).
Таблица 4
Флористическое сходство пробных площадей, %
СК С1 С2 ГК Г1 Г2
СК — 50,00 32,40 35,29 18,18 20,00
С1 — 55,17 53,33 51,85 46,15
С2 — 68,97 53,85 64,00
ГК — 59,25 64.29
Г1 — 88.00
Анализ показал, что с ростом нефтяного загрязнения сходство флор суходольных участков с контролем снижается, в то время как на заболоченных оно остается практически неизменным. При этом загрязненные участки суходольной и гидроморфной серии имеют более значительное сходство между собой, чем контрольные, т.е. загрязненный нефтью суходольный лес по флористическому составу становится ближе к заболоченному.
Нефтяное загрязнение вызывает снижение продуктивности живого напочвенного покрова. Это проявляется в уменьшении биомассы надземной части растений в результате угнетения и частичного отмирания мохового покрова, трав и кустарничков. Оценка продуктивности проводилась по результатам укосов надземной фитомассы на пяти опытных участках размером 1*1 м, заложенных на пробных площадях по методу конверта. Перед взвешиванием фитомасса высушивалась до воздушно-сухого состояния. Полученные результаты приводятся на рис. 4.
100
80
ч 60 с
и 40
20
0
СК С1 С2 ГК Г1 Г2
Суходольные Г идроморфные
Рис. 4. Биомасса надземной части живого напочвенного покрова на пробных площадях
У
/— г— г—
/ 1
Общая картина снижения продуктивности на загрязненных участках суходольной и гидроморфной серии сходна и хорошо согласуется с данными по проективному покрытию — значительное снижение фитомассы на опытных площадях по сравнению с контролем и относительно небольшие отличия между самими загрязненными участками. Таким образом, через девять лет после загрязнения нефтью на обследованных участках не наблюдается полного восстановления напочвенного покрова ни по одному из оцененных показателей.
На основании полученных данных можно заключить, что нефтяное загрязнение лесных фитоценозов даже слабой степени приводит к угнетению и частичной гибели древостоя и живого напочвенного покрова, перераспределению роли в сообществе различных экологических групп растений, длительному снижению биологической продуктивности. При этом гидроморфные условия усиливают негативное действие нефти.
ЛИТЕРАТУРА
Бобов В.И., Гашев С.Н., Казанцева М.Н., Пауничев Е.А. Опыт наземного обследования и паспортизации нефтезагрязненных земель // Леса и лесное хозяйство Западной Сибири. Тюмень: ТюмГУ, 1988. С. 172.
Гашев С.Н., Казанцева М.Н., Рыбин А.В., Соромотин А.В. Методика оценки фитопригодности нефтезагрязненных территорий (с рекомендациями к рекультивацион-ным работам). Тюмень: ЛоС ВНИИЛМ, 1992. 13 с.
Гашев С.Н., Рыбин А.В., Казанцева М.Н., Соромотин А.В. Масштабы нефтесолевого загрязнения Ханты-Мансийского округа и объемы средств на рекультивацию // Биологическая рекультивация нарушенных земель. Екатеринбург, 1996. С. 27-30.
Десслер Х. Г. Влияние загрязнения воздуха на растительность. М.: Лесн. пром-сть, 1981. 184 с.
Казанцева М.Н. Влияние нефтяного загрязнения на таежные фитоценозы Среднего Приобья: Автореф. дис. ... канд. биол. наук. Екатеринбург, 1994. 26 с.
Казанцева М.Н. Антропогенное заболачивание лесов на нефтепромыслах Тюменской области // Проблемы экологии в современном мире. Тамбов: ТГУ, 2006. С. 93-96.
О состоянии окружающей среды Ханты-Мансийского автономного округа — Юг-ры в 2003 году: (Информ. бюл.). Ханты-Мансийск, 2004. С. 64-85.
Отчет о результатах научно-исследовательской работы по гранту Евросоюза «Environmental Risk Management for Contaminated Marsh Land In Khanty-Mansiysk» / Исп. Ю.А. Вершинин. Нижневартовск: СибНПИПИРП, 2008. 23 с.
Панов Г.Е., Петряшин Л.Ф., Лысяный Г.Н. Охрана окружающей среды на предприятиях нефтяной и газовой промышленности. М.: Недра, 1986. 244 с.
Чижов Б.Е. Лес и нефть Ханты-Мансийского АО. Тюмень: Изд-во Ю. Мандрики, 1998. 144 с.
*ИПОС СО РАН, г. Тюмень **Тюменский государственный университет
М.N. Kazantseva, G.A. Razmakhnina
DISTINCTIONS OF RESPONSES AGAINST WEAK OIL POLLUTION OF DRY VALLEY PINE FORESTS AND SWAMP PINE FORESTS IN WEST SIBERIAN SOUTH TAIGA
The article quotes investigation results regarding oil-polluted pine forests in West Siberian south taiga, including dry valley and hydromorphic habitats. It is shown that even a relatively weak oil pollution results in considerable digressional changes with forest stands and ground layers of forest phytocenosis, as well as in their structural rearrangement and falling of productivity. At this, hydromorphic conditions tend to strengthen a negative oil effect.
West Siberia, south taiga, pine forests, oil pollution, forest stand, natural soil cover.
