Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Почвы и растительность юго-востока болыпеземельской тундры 12
1.1 Изученность тундровых почв и растительности 12
1.2 Ландшафты территории и факторы, определяющие состояние ТПР 23
1.3 Современное состояние тундровых почв и растительности 31
ГЛАВА 2. Исследование изменения состояния тундровых почв и растительности под влиянием природных факторов и техногенной деятельности 47
2.1 Роль тундровых почв и растительности как индикатора состояния нарушенных земель 47
2.2 Отражение изменений характера тундровых почв и растительности при нефтегазовом освоении многолетнемерзльтх пород заполярной тундры 64
ГЛАВА 3. Разработка методики биогеографического районирования тундровых почв и растительности юго восточной части ьолыпеземельской тундры 80
3.1 Классификация влияющих факторов на состояние тундровых почв и растительности 81
3.2 Критерии оценки влияния факторов на состояние тундровых почв и растительности 91
3.3 Разработка методики интегральной оценки воздействия на тундровые почвы и растительность 96
ГЛАВА 4. Районирование территории. предложения и рекомендации по снижению неблагоприятного влияния на почвы и растительность заполярной тундры при нефтегазовом освоении
4.1 Результаты интегральной оценки воздействия на почвы и растительность при нефтегазовом освоении юго-восточной части Большеземельской тундры 99
4.2 Районирование территории по степени экологической опасности деградации ТПР 103
4.3 Прогноз возможных неблагоприятных изменений тундровых почв и растительности при воздействии нефтепромысловых объектов 109
4.4 Рекомендуемые способы совершенствования методов рекультивации 118
4.4.1 Способы рекультивации земель на обводненных участках 118
4.4.2 Восстановление нарушенных земель на возвышенных участках 119
Заключение 123
Список использованных источников
- Ландшафты территории и факторы, определяющие состояние ТПР
- Отражение изменений характера тундровых почв и растительности при нефтегазовом освоении многолетнемерзльтх пород заполярной тундры
- Критерии оценки влияния факторов на состояние тундровых почв и растительности
- Районирование территории по степени экологической опасности деградации ТПР
Ландшафты территории и факторы, определяющие состояние ТПР
Создание первых флористических списков, анализ флоры, составление определителей, оценки кормовой растительной базы, исследование экологии тундровых растительных сообществ и отдельных видов растений, работы по зональности растительного покрова активно начались в 20-30-е годы прошлого века, а в дальнейшем продолжились в 50-80-е.
Первые ботанические сведения о данном районе были опубликованы А.Г. Шренком в 1837 г., [175] который совершил путешествие через Большеземельскую тундру и Пай-Хой до пролива Югорский Шар и обратно (восточная часть тундры). Список зафиксированных им высших растений составил 265 видов с указанием на местопроизрастание и распространение видов. В след за ним начали свои работы по северу Ф.И. Рупрехт, Т.Брант, Чьельман, Лундстрем, А.И. Толмачев, Тео Хольм, в которых они приводили лишь фактически собранный материал без какого бы то ни было анализа. Новые сведения о флоре и растительности крайнего северо-востока Европы были получены СВ. Керцелли в 1909 г., который прошел по р. Адьзва от ее устья до р. Изьяшор [81, 132]. Его гербарий высших растений, прекрасно собранный и тщательно этикетированный, составил основу коллекции Ботанического института по северо-востоку Европы. В работе «По Большеземельской тундре с кочевниками» [81] СВ. Керцелли приводит лишь общие сведения о растительном покрове. Богатый флористический материал так и остался неопубликованным.
В 1931 г. на Пай-Хое и в Большеземельской тундре проводились почвенно-геоботанические работы В.И. Андреева, З.П. Савкиной (геоботаники), Ю.А. Ливеровского (почвовед), А.А. Лаурсена (топограф) и Б.Н. Городкова на территории от Вашуткинских озер на западе до побережья Байдарацкой губы на востоке, бассейна реки Уса. Результатом их работы стала характеристика почвенно-растительного покрова, зональные особенности, а также геоботаническое районирование территории Пай-Хоя [132].
Первый список конкретной флоры окрестностей пос. Рудник (ныне - г. Воркута) составил в 1933 г. А.И. Толмачев во время поездки в Печорский угольный бассейн. В составе Печорской бригады АН СССР в 1934 г. А.И. Толмачев в течение нескольких дней августа работал в окрестностях пос. Амдерма (юго-западный берег Карского моря). Собранный им гербарий лег в основу статьи «К флоре юго-западного побережья Карского моря» (1937, цит. по: Ребристая, 1977) - флористической работы, которую можно считать первым опубликованным списком конкретной флоры по северо-востоку Европы.
В 40-е годы, не смотря на отсутствие специальных флористических исследований, шло накопление фактического материала геоботаниками К.Н. Игошина, И.С. Хантимером, М.В. Сурковой, A.M. Верличенко, И.В. Кузнецова, В.М. Зубковой, С.Н. Петоровой, Р.Н. Шлякова, И.С. Хантимера.
Самый весомый вклад в изучение растительных сообществ Большеземельской тундры и лесотундры европейского севера внесли сотрудники Ботанического института АН. Только с 1922 по 1972 г по флоре, растительности и почвам тундры было опубликовано более 600 работ. Все ссылки на первоисточники, касающиеся, в том числе и района Большеземельской тундры, приведены в справочниках Ф.Я. Левиной [105, 106].
Наиболее фундаментальными работами того времени был выпуск многотомного издания «Арктическая флора СССР» [11] и монографий по кормовым характеристикам растений севера и пастбищам [3, 7].
В послевоенные годы продолжалось землеустройство оленьих пастбищ, обобщающей работой явилась диссертация В.Н. Андреева [6]. Посвященная растительному покрову Большеземельской тундры, она содержит и список высших растений всей территории, однако без точных географических данных о распространении и без флористического анализа.
В 1970-х годах группой ученых В.Н. Андреев, В.Д. Александрова, Н.С. Котелина, В.Ф. Шамурин, И.С. Хантимер, Л.Н. Филиппова, З.П. Савкина, М.С. Боч, Б.А. Юрцев, Т.Т. Дервиз, С.Г. Шиятов, Ю.Л. Мартин, Р.А. Рощевская, Е.Н. Иванова, И.В. Игнатенко, Н.А. Караваева, Е.Н. Руднева. С.А. Грибова, В.Д. Тонконогов, У.Н. Манаков, И.Б. Арчегова, А.Н. Ципанова, Т.А. Стенина, М.Б. Ройзин, Э.А. Головко, В.Н. Переверзев, З.Н. Живилко и др. написаны ряд работ, посвященных изучению и освоению растительного покрова, в том числе биологической продуктивности наземных растительных сообществ.
Большой вклад в исследования флоры востока Большеземельскои тундры внесли О.В. Ребристая, А.И. Толмачев, Е.В. Дорогостайской, ими дан систематический и географический анализ востока Большеземельскои тундры, сделано флористическое районирование. В дальнейшем с середины до конца XX в. на территории Большеземельскои тундры при землеустройстве оленьих пастбищ проводилась систематическая аэровизуальная оценка оленеемкости пастбищ, на ключевых участках определялся видовой состав кормовых растений.
После создания Коми филиала АН сотрудниками Института биологии была выпущена книга «Флора северо-востока европейской части СССР», также включающая многие виды растений из разных подзон Большеземельскои тундры. На территории Большеземельскои тундры работали ботаники и из других организаций. Например, можно выделить работы по изучению водной растительности [63, 80] и редким видам [115, 142].
Согласно «Арктической флоре СССР» [11] в настоящее время на территории восточно-европейских тундр встречается 698 видов (и три внутривидовых таксона) сосудистых растений, относящихся к 73 семействам и 256 родам.
Новый этап изучения ненецкой тундры начинается с конца 1980-х -начала 1990-х гг. благодаря усилиям сотрудников Института биологии Коми НЦ УрО РАН и Сыктывкарского госуниверситета, а также ученых из Архангельска, Санкт-Петербурга и других научных центров. Особое внимание уделяется последствиям воздействия нефтедобывающей промышленности на растительный покров [59, 102, 103 и др.].
Отражение изменений характера тундровых почв и растительности при нефтегазовом освоении многолетнемерзльтх пород заполярной тундры
Стирание черт естественного профиля сопровождается появлением интенсивно темного (черного) цвета, образованием корки на поверхности, уплотнением сложения и локализацией вследствие этого признаков оглеения. По прошествии 20 лет после загрязнения наблюдается аккумулятивный тип распределения нефтепродуктов в профиле песчаных почв и равномерный - в торфяниках. Трансформация почв зависит от количества поступающих загрязняющих веществ и сопровождается изменением либо всего профиля, либо только верхней его части [68].
В торфяниках и торфяно-болотных почвах активизировались специфические криогенные термокарстовые процессы. Торфяно-болотные почвы, имеющие маломощный слой торфа на поверхности, менее устойчивы и сильнее трансформированы по сравнению с плоскобугристыми торфяниками. В последних меньше глубина оттаявшего слоя и уплотнение торфа более слабое.
Химические анализы показали, что в нефтезагрязненных почвах происходит нейтрализация кислотности, повышение содержания гумуса и резкое увеличение содержания обменных оснований. Исследованиями в природных условиях установлено, что легкие фракции нефти включаются в состав молекул гумусовых кислот, увеличивая абсолютное содержание всех фракций гумусовых веществ. Известно, что нефтепромысловые минерализованные воды содержат большие количества Са, хлоридов Na и других элементов. Поступление в почву этих вод сопровождается сдвигом кислотно-щелочных условий, состава почвенного поглощающего комплекса, изменением миграционных процессов, развитием посттехногенного засоления почв.
Кустарниковый и кустарничковый ярус обычно сильно разрежен. Травянистый ярус является основным и формирует весь облик фитоценоза. Напочвенный покров развит слабо. Лишайники единичны. Моховой покров представлен немногочисленными разрозненными пятнами, где доминантами выступают Polytrichum striatum - на более сухих участках и Marchantia polymorpha - на сильно увлажненных участках. П группа - сильное механическое воздействие - сильная трансформация структуры: поверхностные отложения не затронуты или изменены частично; мезо- и микрорельеф практически не изменены или частично спланированы; почвы не изменены или изменены незначительно; естественная растительность уничтожена полностью или частично. Изменения характерны для скважин, вахтовых поселков, дорог.
Передвижение дорожно-строительной и вездеходной техники по территории тундры приводит к нарушению растительного покрова, вплоть до его полного уничтожения, образованию глубокой колеи с перемешиванием и переуплотнением почвенных горизонтов, в результате чего на поверхности оказываются торф или ниже лежащие минеральные горизонты, погребающие под собой растения. Такие нарушения сохраняются длительное время, а полное восстановление сообщества занимает десятилетия. Несмотря на то, что многими дорогами не пользовались достаточно давно, их следы заметны в любых растительных ассоциациях в основном за счет формирования вторичного растительного сообщества, отличного от фонового.
Наши исследования проводились по трассам трубопроводов, на территории скважинных кустов, вахтенных поселков. Ниже приводится геоботанические описания, выполненные на площадке №3 в месте перехода федеральной вездеходной дороги около трубопровода у брода через р. Хоседаю.
Площадка №3 располагается на «полотне» дороги, на ровном склоне перед бровкой террасы (перегиб) реки. Уклон 1 - 2. Почвенно-растительный покров нарушен во время проезда транспорта. Поверхность земли изрыта до 95% и лишена растительности. Идут мощные эрозионные процессы берега реки. Общее проективное покрытие растительностью в центральной части дороги составляет всего 2 - 10%. Напочвенный покров в центральной части дороги отсутствует. По краям зимника встречается представитель кустарникового яруса - угнетенные особи Betula папа (0-2%, sp), высотой 0,2 -0,3 м. По краям дороги общее проективное покрытие растительностью составляет 20 - 30%. Напочвенный покров развит только на ограниченных участках и представлен в основном мхами (0 - 10%).
Растительный покров на участке скважины - повреждённая бугорковатая кустарничково-мохово-лишайниковая тундра. Рельеф относительно ровный. Общее проективное покрытие в радиусе 20 м от буровой составляет 10 - 15%. Нарушения носят поверхностный характер и не затрагивают почвенный профиль, почва ничем не отличается от зонального типа.
Исходные тундры - фоновая площадка №4 (рис. 2.3) расположена в елово-берёзовом редколесье мелкоерниковом с кустарничково-лишайниково-зеленомошным покровом на слегка выпуклом склоне левого берега реки Хоседаю, за бровкой перегиба. Уклон 5-7. Микрорельеф выражен слабо. Описание почвенных профилей приведены в таблице 2.5.
Фоновая площадка заложена в однотипных ландшафтных условиях по отношению к контрольным. Различие в почвообразующих породах и формирующихся почвах обусловлено глубиной техногенного воздействия. Поверхностные песчаные отложения верхнечетвертичного возраста здесь подстилаются суглинистыми отложениями.
Загрязнения почв ни на контрольной, ни на фоновой площадках не обнаружено. Растительность представлена различными видами нарушенной тундры, частично вторичными растительными сообществами (рис. 2.4). Общее проективное покрытие растительностью более 50%. (таблица 2.6). Кустарниковый ярус обычно разрежен. Его структуру составляют ивы и карликовые березки (таблице 2.7).
Критерии оценки влияния факторов на состояние тундровых почв и растительности
Климатические факторы в наибольшей степени поддаются формализации. Это связано с тем, что наблюдения за состоянием атмосферы ведутся в течение многих лет и по многим параметрам метеорологического режима имеются длительные ряды наблюдений, позволяющие получить надежные статистические характеристики.
В качестве показателя опасных метеорологически явлений (ОМЯ) принято среднее количество дней в году, когда они имели место, то есть по всем элементам метеорологического режима.
Водные факторы определяют уровень обводненности территории, создавая тем самым условия для развития того или иного влаголюбимого типа растительности. Водные факторы также как и климатические поддаются формализации.
Плотность озер, речной сети и заболоченность территории определяет величину обводненности территории и уровень фунтовых вод. В качестве показателя используется средний процент заболоченности и плотности озер и рек (отношение площади озер, рек и болот к площади территории %).
Подстилающие породы во многом определяют формирование определенных типов почв региона, а деятельность экзогенных факторов различной интенсивности способствуют развитию процессов денудации.
Многолетнем ерзлые породы (ММП). Здесь можно рассматривать характер распространения ММП, выраженный в баллах, а в качестве показателя учитывать ранг характеризующий характер распространения многолетней мерзлоты от I до 5 (сплошное, преимущественно сплошное, островное, редкоостровное, немерзлые породы по [87]).
Экзогенные процессы. За интегральный показатель экзогенных процессов можно принять количество известных зон экзогенных процессов на территории лицензионных участков.
Тип рельефа во многом определяет зоны с разной степенью заболоченности и тиксотропности почвенного покрова, формируя тем самым различные условия для развития свето- и влаголюбивого растительного покрова. В качестве показетеля рельефа можно принять среднюю высоту в метрах над уровнем моря горных образований тех или иных форм рельефа, распространенных на территории участков.
В сравнении с перечисленными компонентами природной среды, ТПР, претерпевает наибольшие изменения в результате деятельности техногенных факторов.
В качестве показателя оленеводства можно учитывать известные значения количества голов оленей на территории оленеводческих сельскохозяйственных производственных кооперативов.
В результате движения строительной техники и строительства объектов нефтегазовой тинфраструктуры происходит отчуждение и нарушение ТПР, а иногда и его погребение под насыпями и отвалами. В качестве показателя транспортной инфраструктуры можно учитывать общую протяженность дорог (км) на единицу площади км .
Химическое воздействие (воздействие пластовых вод, бурового раствора и бурового шлама на территории буровой). Самой важной частью нефтяной промышленности являются добывающие скважины и скаженные кусты. Поэтому в качестве показателя нефтегазодобычи можно принять количество в исследуемом районе работ действующих и законсервированных скважин.
Разливы и аварии на объектах нефтегазовой инфраструктуры (воздействие нефти и нефтепродуктов). Разливы и аварии могут возникнуть на объектах нефтегазовой промышленности, в результате чего может быть нанесен вред окружающей природной среде, в том числе и ТПР. Поэтому в качестве показателя можно рассматривать магистральные трубопроводы. От протяженности трассы зависит риск аварий, величина которой пропорциональна ее протяженности, кроме того площадь землеотвода и нарушенных земель пропорциональна длине трубопровода. Поэтому в качестве показателя можно принять общую протяженность (км) трубопровода на единицу площади км . Анализ величины факторов на рассматриваемой территории произведен по принципу, чем больше влияние фактора, тем выше балл - при использовании балльных оценок. Таким образом, чем выше суммарный рейтинг и сумма баллов, тем большему воздействию подвергается ТПР, и тем уязвимей условная зона и менее благоприятна для освоения.
В качестве источников информации о компонентах природной среды юго-восточной части Болыпеземельской тундры использовались данные производственного экологического мониторинга лицензионных участков на территории исследуемого региона, данные официально опубликованные в различных изданиях в России и за рубежом, а также доступные фондовые материалы.
Оценка величины воздействия на ТПР проведена при помощи балльных оценок показателей факторов. Показатели выбраны в соответствие с имеющейся в опубликованных источниках информацией.
Источниками информации характеристик природной среды послужили справочные пособия и научные публикации, использованные для описания природных условий региона в главе I, а также топографические и навигационные карты, при помощи которых были выполнены необходимые расчеты. В тех случаях, когда имели место разночтения в оценках характеристик природной среды, полученных в результате моделирования или расчетными методами, что имеет место при использовании различных подходов к созданию гидродинамических и стохастических моделей, предпочтение отдавалось наиболее полным из них. Если же по каким-либо причинам это сделать было затруднительно, брались те данные, значения которых были наибольшими.
Районирование территории по степени экологической опасности деградации ТПР
Для возможности сопоставления количество рангов по каждому фактору было приведено к единому значению от I (низкая нагрузка) до 5 (высокая нагрузка) баллов. Таким образом, суммарное количество баллов с учетом весовых коэффициентов для каждой ячейки изменялось в диапазоне от 1 до 5 баллов.
В результате расчета получилась обоснованная карта нагрузки на ТТТР исследуемой территории (рис. 4.1). Территория юго-восточной части Большеземельской тундры характеризуется различными уровнями воздействия на ТПР с площадно-очаговым характером распространения. Умеренной и низкой нагрузке (1 - 2 балла) подвергается большая часть исследуемого региона, главную роль здесь играют природные факторы живой и неживой природы. Очаговый характер распространения имеет техногенная нагрузка от объектов нефтегазовой промышленности, где они имеются: кусты скважин, ЦПС, карьеры, трубопроводы, дороги (3 - 5 баллов).
Очень высокая нагрузка (5 баллов) характерна для районов Колвинского, Подверьюского, Хосолтинского участков недр, Северо-Воргамусюрского участка в районе сопки Севреймылк, гряды Нурумусур, Роговского и Берганты-мыльского участков в районе гряды Чернышева, Восточно-воргамусюрского участка в районе реки Черпаю. В центральной и восточной части Роговского участка недр в районе сопки Нечамыльк и в долине реки Колва таюке зафиксирована очень высокая нагрузка. На перечисленных территориях сосредоточено большое количество различных объектов нефтегазодобывающей промышленности, расположены трубопроводные трассы нефтегазопроводов, а плотность добывающих скважин на 1 км наибольшая в исследуемом регионе. скважина, 2 -дорога, 3 -трубопровод, 4 - планируемая площадка скважины, I - низкая нагрузка (1 балл), II -умеренная нагрузка (2 балла), III - средняя нагрузка (3 балла), IV - высокая нагрузка (4 балла), V - очень высокая нагрузка (5 баллов)
Суровый климат, сплошное распространение многолетнемерзлых породы, большое количество рек и озер, наличие зон аккумуляции рельефа, высокая вероятность развития экзогенных геологических процессов увеличивают риск нарушения ТПР в ходе хозяйственной деятельности человека.
Высокая и средняя нагрузка (3 - 4 балла) на ТПР приурочена к районам добычи сырья, в частности за счет суровых природных условий и дополнительно за счет наличия промысловых дорог и межпромысловых трубопроводов.
Нарушение почв и растительности перечисленных регионов происходит при отсыпке кустовых оснований, прокладке дорог и нефтегазопроводов, эксплуатации карьеров при добыче строительных материалов, других видах работ, связанных с резкой, рыхлением и перемещением грунта (например, выемка торфа при создании противопожарных полос и в других целях).
Отличительной чертой всех этих территории является высокая плотность рек и озер на 1 км , наличие болот, зон аккумуляции рельефа и присутствие многолетнемерзлых пород со сплошным покрытием региона на севере и с островным распространением на юге.
Умеренная и низкая нагрузка на ТПР (1-2 балла) характерна для большей части территории исследуемого региона юго-восточной части Большеземельской тундры с разнообразным сочетанием влияющих факторов и устойчивостью ТПР к воздействию этих самых факторов, но с одинаковой суммой набранных баллов. Здесь не ведется разработка и добыча углеводородного сырья, и отсутствуют трассы трубопроводов. Характер заболоченности, распространение многолетнемерзлых пород в сочетании с комплексом почв и растительности незначительно влияют на устойчивость ТПР региона, но суровые климатические условия, являются причиной снижения скорости восстановления ТПР в случае его нарушения.
Для разработки специальных мер инженерной защиты и биологической рекультивации, направленных на предупреждение и предотвращение экологических последствий, крайне необходимо оценить биогеографическую опасность деградации ТПР тундр для чего нужно определить устойчивость ТПР. Существует несколько определений понятия устойчивости ТПР, но в целом под устойчивостью ТПР можно понимать способность ТПР сохранять свою структуру (характеристики почв и растительности) и функциональные особенности (производительную функцию) при воздействии внешних факторов. Под деградацией ТПР понимаются процессы, приводящие к снижению его производительной способности в результате изменения характеристики почв и растительности.
Для проведения биогеографического районирования по степени экологической опасности деградации ТПР важно определить основные показатели устойчивости ТПР. Исследования тундровых почв [19, 27, 28, 29] показали, что наиболее «чувствительными» индикаторами и количественными интегральными показателями устойчивости, деградации и восстановления ТПР являются характеристики продуктивности растительности и, в первую очередь, живая надземная биомасса или косвенные её показатели. Остальные свойства, характеристики почв и растительности связаны с ней прямо или косвенно. Следовательно, свойства почв и параметры растительности можно использовать в качестве интегральных и дифференциальных показателей устойчивости, деградации и восстановления тундровых почв и растительности.
Оценка устойчивости ТПР юго-восточной части Большеземелдьской тундры проводилась по общепринятой методике [29], используя следующие диагностические признаки и показатели деградации (устойчивости) почв и растительности тундр: Бн/Бни - изменение наземной (живой) биомассы; Величины Бн/Бни, ПП/ППИ, и 1іт/1іти взаимосвязаны между собой и поэтому можно оценить экологическое состояние почв и растительности тундр каким-либо одним из них. Однако в целях повышения надежности оценки, особенно при малых значениях ПП, целесообразно использовать легко определимые показатели 1111/1111И, и Ііт/пти- Так величина проективного покрытия устанавливается методами определения доли поверхности почвы занятой растительностью. Глубины оттаивания определяются с помощью градировочной шкалы щупа. При незначительном отклонении этих величин от их исходных значений состояние тундровых почв и растительности можно считать устойчивым. В противном случае устойчивое равновесное состояние нарушается. Для количественной оценки деградации и устойчивости ТПР применена единая шкала (табл. 4.1).