Содержание к диссертации
Введение
1. Основные принципы оценки устойчивости экосистем о
2. Характеристика района исследования 25
2.1. Физико-географический очерк 25
2.1.1. Геологическое строение и рельеф 25
2.1.2. Климат и воды 30
2.1.3. Почвы 37
2.1.4. Растительность 42
2.2. Изученность состояния окружающей среды севера Западной Сибири 45
3. Методика исследований 60
2.1. Методика полевых исследований 60
2.2. Методика камеральных и лабораторных исследований 62
4. Геохимические показатели состояния экосистем Уренгойской тундры 05
4.1. I еохимические особенности почв Уренгойской тундры 65
4.1.1. Содержание нефтепродуктов в почвах Уренгойского Севера 65
4.1.2. Тяжёлые металлы в почвах Уренгойского Севера 76
4.2. Особенности химического состава растений Уренгойской тундры 87
5. Фитоиндикационные показатели состояния тундровых экосистем 109
6. Оценка устойчивости тундровых экосистем с использованием геохимических и фитоиндикационных показателей j 25
Заключение ]33
Литература ]36
Приложение
- Геологическое строение и рельеф
- Почвы
- Методика полевых исследований
- I еохимические особенности почв Уренгойской тундры
Введение к работе
Среди основных проблем, которыми занимается современная экология, важное место принадлежит исследованиям воздействия на природную среду во вновь осваиваемых регионах, испытывающих постоянно возрастающее техногенное давление. К таким территориям относится и северо-запад Сибири, где расположены активно разрабатывающиеся крупнейшие газовые и газоконденсатные месторождения нашей страны.
В последние годы объёмы добычи и производства энергетических ресурсов и электроэнергии в России значительно снизились (Мазур, 1993). В связи с этим в настоящий момент энергетическая политика страны нацелена на проведение экстренных мер. Природный газ рассматривается в последнее десятилетие как наиболее перспективный источник энергоснабжения страны. Согласно перспективам развития энергетики в России на период 2000-2010 гг, газовая отрасль должна была являться основой топливно-энергетического комплекса страны. Планировалось, что в 2010 г. удельный вес природного газа в энергетике России будет близок к 50% (Резуненко и др., 1996). Однако на сегодняшний день новые газовые месторождения практически не разрабатываются, а уже разведанные эксплуатируются не на надлежащем уровне.
Вместе с тем, согласно прогнозу Всемирного энергетического совета (ВЭС), предполагается значительный рост мирового потребления газа. По прогнозным сценариям к 2020 г. оно увеличится в 1,7 — 2,1 раза и составит 2,8 -4,3 трлн м . Многие страны - потребители газа в перспективе, как и в настоящее время, не смогут обеспечить потребность в нем за счет собственных ресурсов (Минерально-сырьевая база..., 1999). Россия же обладает уникальными газовыми ресурсами. Потенциальные ресурсы российского газа оцениваются в 212 трлн м ; доказанные запасы - около 49 трлн м (около 35% от мировых запасов). В настоящее время в разработке находятся месторождения с суммарными запасами 8 трлн м\ в резерве состоят
месторождения с запасами 16 трлн м3. Некоторые зарубежные эксперты не столь оптимистичны в оценке российских газовых ресурсов. Но даже с учётом их мнения Россия однозначно рассматривается в качестве ведущего поставщика природного газа в первой четверти XXI века (Краснов, 2000).
Основные запасы газа нашей страны сосредоточены на относительно небольшой территории севера Тюменской области. Сейчас наибольшее количество газа добывается в Уренгое (около 40 % от добычи в России), Ямбурге (30 %), Надыме (10 %), Сургуте (6%) (Краснов, 2000). Поэтому, до 2005 г. газовая промышленность будет развиваться за счёт освоения крупнейшего Заполярного месторождения и других крупных месторождений региона с максимальным использованием средних и даже малых, что ведёт за собой резкое возрастание техногенной нагрузки на природные экосистемы района.
Все месторождения данного региона расположены в тундровой и лесотундровой природных зонах, что определяет специфику взаимоотношений человека и окружающей среды. Известно, что природная среда тундровой зоны является особенно уязвимой, даже незначительные изменения структуры и свойств ее компонентов могут привести к деградации экосистемы в целом. Ведущиеся буровые работы и связанная с ними хозяйственная деятельность неизбежно ведут к нарушению отдельных компонентов среды - угнетению и изменению растительности, повреждению почв, нарушению гидрологического режима территории и т.п. Согласно А.Г. Исаченко (1980), воздействие человека на тот или иной компонент или функциональное звено экосистемы вызывает нарушение межкомпонентных («вертикальных») связей и тем самым функционирования всей системы как целого. Кроме того, все экосистемы связаны между собой многообразными «горизонтальными» потоками вещества и энергии. Следовательно, любые локальные техногенные нарушения природных комплексов распространяются за пределы отдельных экосистем. Суммарный эффект подобных воздействий в конечном счёте приобретает региональное и даже глобальное значение. Особую тревогу вызывает все более
расширяющееся техногенное воздействие на ранее малодоступные территории Крайнего Севера. Последнее время эта проблема стала волновать и предприятия, занимающиеся газоразведкой и газодобычей. В частности, согласно «Концепции научно-технической политики ОАО "Газпром" до 2015 г.» предполагается разработка отраслевой методической базы по оценке экологического состояния территорий размещения газодобывающих предприятий (Дедиков, 2001). Именно поэтому, комплексные исследования последствий антропогенного давления на экосистемы в районах газодобычи являются актуальными.
В связи с постепенным возрастанием антропогенной нагрузки для данного региона особое значение принимают мониторинговые наблюдения за состоянием различных элементов экосистем для предотвращения их химического загрязнения, механического нарушения и для определения степени их устойчивости к техногенному давлению в данном районе. Комплексная оценка сосгояния экосистем Уренгойской тундры в районах газодобычи и явилась основной целью данной работы.
Известно, что на зарубежном Севере функционирует значительное количество станций мониторинга. Россия же является единственным приарктическим государством, не имеющим в пределах арктической территории ни одной станции фонового мониторинга (Арктика ..., 2000). В этих условиях приоритетными становятся биоиндикационные наблюдения, дающие возможность при незначительных затратах быстро получать информацию с высокой степенью достоверности. Поэтому основным объектом наших исследований являлись почвы и растительный покров как наиболее чуткие индикаторы всех идущих в экосистемах процессов. Кроме того, использование этих объектов позволяет оценить не только уже существующие изменения среды, но и прогнозировать развитие сукнессионных процессов в будущем. В соответствии с этим, в задачи данного исследования входило:
оценка микроэлементного состава почв и наземной растительности в естественных экосистемах и на осваиваемых участках Уренгойской тундры;
определение общего содержания нефтепродуктов в почвах газоконденсатних месторождений района и их динамики за период 1993-1996 гг.;
определение изменений структуры и видового состава растительных сообществ под влиянием хозяйственного освоения региона:
оценка уровня устойчивости экосистем Уренгойской тундры с использованием геохимических и фитоиндикационных показателей.
Согласно классификации В.Г.Морачевского (Морачевский., Лавров, 1989), антропогенные воздействия можно разделить на несколько видов: эмиссионные, параметрические и ландшафтно-деструкционные. В настоящий момент в рассматриваемом районе присутствуют все перечисленные виды воздействий эмиссионные выбросы загрязняющих веществ в окружающую среду, нарушение почвенного покрова и растительности при механическом повреждении, «олуговение» тундры. Параметрические воздействия гоже имеют место, но пока носят достаточно локальный характер. В частности, при горении ((факелов» на скважинах происходит значительный выброс тепла, но подобные случаи происходят нерегулярно. Очевидно, что при дальнейшем освоении территории данный вид антропогенных воздействий перейдёт уже в разряд региональных.
Проведённые нами исследования позволяют дать полЕіую оценку различным видам антропогенных воздействий на экосистемы тундры.
В результате проделанной работы были выдвинуты следующие защищаемые положения:
1. В естественных условиях Уренгойской тундры выделяются три главных фактора, определяющих содержание тяжелых металлов в почвах и растениях. Кроме влияния подстилающих горных пород ими являются изменение подвижности металлов при смене окислительно-восстановительных условий, а также образование нерастворимых органо-минеральных комплексов Си и Мп.
Использование метода комплексной оценки для характеристики эталонных участков тундровых экосистем обеспечивает объективность получаемых результатов и позволяет применять его при мониторинговых работах в условиях труднодоступных территорий.
Использование геохимических и фитоиндикациоиных показателей при опенке устойчивости Уренгойской тундры позволяет учитывать процессы, идущие в экосистемах при увеличении антропогенного давления.
В основу данной работы положены материалы, собранные в течение полевых сезонов 1993-1996 гг. на территории 11 газоконденсатных месторождений Пуровского района Тюменской области комплексной экологической экспедицией факультета географии и геоэкологии СПбГУ при участии автора (рис. 1). В работе использованы анализы 162 проб почвы и 245 проб растений, 52 определения общего содержания нефтепродуктов в почвах и 184 геоботапических описания, включающие 169 видов растений.
Научная новизна данной работы состоит в том, что она представляет собой одно из первых комплексных исследований уровня устойчивости территории. Это исследование охватывает одновременные наблюдения влияния техногенного освоения региона на геохимические особенности почв и расгений и на связанные с этим изменения растительных сообществ района. Проведение работ в течение ряда лет на близко расположенных месторождениях с различной степенью освоенности позволило проследить динамику процессов, идущих при возрастании антропогенной нагрузки на окружающую среду. Практическая значимость работы заключается в возможности использования данных по интегральной устойчивости как основы для регулярных мониторинговых наблюдений различными экологическими службами района. Рассчитанный регионатьный геохимический фон почв и растений представляет фактическую основу для разработки региональных норм по уровню техногенной нагрузки на определённые площади тундры и может быть использован при составлении экологических паспортов газодобывающих предприятий.
Рис. 1. Обзорная карта района работ
Результаты исследований доложены на четырнадцати международных конференциях и конференции факультета географии и геоэкологии и научно-исследовательского института географии СПбГУ. Всего по теме диссертации опубликовано семнадцать печатных работ в виде материалов конференций и четырёх статей в журнале «Вестник СПбТУ».
Автор отдаёт дань памяти своему научному руководителю доктору физико-математических наук, профессору В.Г. Морачевскому, оказывавшему постоянную поддержку и помощь при подготовке работы. Автор приносит глубокую благодарность кандидату географических наук, доценту М.Г. Опекуновой за содействие на всех этапах работы. Автор признателен сотрудникам кафедры геоэкологии и природопользования СПбГУ д.б.н. В.Н. Мовчану, д.г.н. ЮН. Сергееву, д.ф.-м.н. Г.Н. Белозерскому, к.г.-м.н. А.А.Тарновском^ь к.г.н. Л.Л. Сергеевой, к.г.н. А.Д. Горбовской, к.г.н. О.В. Сенькину, к.г.н. В.П. Кулешу, к.х.н. В.Ю. Кузнецову и сотруднику факультета географии и геоэкологии СПбГУ к.г.н., доценту В.М. Щербакову за консультации и замечания по тексту работы.
Геологическое строение и рельеф
Территория, на которой расположены изучавшиеся месторождения, находится на северо-восточной части Западно-Сибирской равнины, и относится к бассейнам рек Таз и Пур. В орографическом отношении эта территория неоднородна: ее западная половина занята низкими равнинами Пура с абсолютными отметками от 60 до 100-;-120 м, а восточная - относительно более высокими равнинами Таз-Енисейского междуречья с высотами от 129 до 195- 285 м. В ориентировке крупных элементов рельефа преобладают два основных направления: субмеридиональное и субширотное. На северо-северо-запад ориентированы равнины, образующие орографические ступени, и основные реки: Енисей, Пур и Таз. В субширотном направлении на запад-северо-запад ориентированы средняя и мелкая речная сеть - притоки ряда рек района, а также овражно-болотные и линейно-грядовые формы рельефа (Западная Сибирь, 1963).
Рассматриваемая территория располагается в пределах молодой эпигерцинской Западно-Сибирской плиты, которая прошла долгий и своеобразный путь развития. В формировании ее современной структуры выделяются четыре геотектонических этапа.
На первом этапе сформировался складчатый фундамент. Слагающие его породы прошли полный цикл геосинклинального развития. Однако консолидация фундамента в отдельных районах происходила в разное время. Неоднократное проявление складчатых деформаций привело к формированию гетерогенного складчатого основания. Отдельные участки его претерпели активное воздействие более поздних герцинских движений и подверглись значительной переработке. К таким участкам относятся территории, протягивающиеся вдоль Пура, и Таз-Енисейское междуречье, где по характеру гравимагнитных полей выделяются крупные зоны глубинных разломов, представляющих собой грабен-авлакогены.
Второй этап - это этап палеогеосинклинального развития с господством условий, переходных от геосинклинальных к платформенным. В это время сформировалась промежуточная толща, породы которой по степени метаморфизма и дислоцированности занимают промежуточное положение между породами фундамента и платформенного чехла. Предполагается, что образования промежуточной толщи широко развиты в пределах Пуровского грабена. Для этого этапа характерна унаследовательность тектонических движений: антиклинальные формы фундамента испытывали тенденцию к относительным поднятиям. Складчатые движеїшя сменялись глыбовыми движениями по зонам крупных разломов.
Третий этап характеризуется режимом платформенного развития, во время которого в результате длительного прогибания и непрерывного осадконакопления образовалась мощная толща мезокайнозойских осадков, сформировались основные структурные формы чехла, преимущественно унаследованного характера.
Четвертый - новейший этап тектонического развития начался в начале олигоцена, когда на севере Западно-Сибирской равнины установился длительный континентальный режим. В это время сформировался современный морфосгруктурный план равнины, в раде случаев являющийся инверсионным по отношению к древней структуре чехла (Кулаков, 1964; Городецкая, Мещеряков, 1968).
Нижний структурно-тектонический ярус описываемой территории образуют породы кристаллического фундамента, а верхний - отложения мезокайнозойского платформенного чехла. Промежуточную толщу одни исследователи включают в состав пород фундамента, а другие выделяют как самостоятельный ярус. Отложения чехла залегают на породах кристаллического фундамента с резким угловым и стратиграфическим несогласием. Максимальные мощности чехла (4000- 5000 м) приурочены к крупным отрицательным структурам и совпадают в плане с долинами Пура и Таза. По направлению к их верховьям мощность этих структур уменьшается до 3000 м.
В основании платформенного чехла лежат юрские отложения, которые представлены континентальными, лагунными и морскими фациями общей мощностью до 1600 М- На верхнеюрских породах согласно залегают отложения всех ярусов мела, которые перекрываются породами палеогена. Общая мощность осадков достигает 3000 м (Природные условия ...,1972).
Анализ геологических и геоморфологических данных показывает, что в геологическом развитии северо-восточной части Сибирской равнины за олигоцен-четвертичное время намечаются три основных этапа, каждый из которых характеризуется определенным режимом неотектонических движений, отразившихся на палеогеографических условиях новейшего времени и способствовавших формированию современного морфоструктурного плана территории,
Олигоцен-миоценовый этап - это период континентального развития. Возможно, он включает и ранний плиоцен. В это время преобладали региональные и локальные структурообразующие тектонические движения, в результате которых сформировался денудационный доплиоценовый рельеф. Плиоцен-среднеплейстоценовый этап характеризовался региональными опусканиями значительной части территории. В результате морской ямальской трансгрессии ранее выработанный структурно-денудационный и аккумулятивный рельеф был погребен и консервирован. Третий этап начался в конце среднего плейстоцена и продолжается до настоящего времени. В этот период на фоне преобладающих региональных и дифференцированггых положительных движений происходила регрессия морского бассейна и формировались основные крупные элементы современного рельефа междуречий, речных долин и вырабатывалась лестница речных террас.
Почвы
Почвообразование на севере Западной Сибири идёт под влиянием чётко выраженной зональной смены термических условий, низкой энергетической обеспеченности, преобладания осадков над испарением, при ведущей роли многолетней мерзлоты. Основными типами почвообразующих пород на территории севера Западной Сибири выступают породы лёгкого гранулометрического состава - суглинки и супеси, как сортированные пылеватые, так и мореноподобные с включением валунного материала (Васильевская и др., 1986). Широкое развитие песчаных почвообразующих пород, наряду с другими факторами (наличие в рельефе речных долин и озёрных котловин), нивелирует условия для проявления зональности почв в тундровой зоне, обуславливает нечёткие переходы между подзонами, способствует продвижению северных почв на юг. Крайняя минералогическая бедность большинства типов почвообразующих пород, проявляющаяся в очень низком содержании легко выветривающихся тяжёлых и лёгких минералов, обломочном характере всех гранулометрических фракций, определяют бедность почв элементами минерального питания, низкую минерализацию почвенных растворов (Природные условия...Д972). Пылеватость почвообразующих пород, в том числе и лёгкого механического состава, наряду с многолетней мерзлотой существенно затрудняет дренаж почвенной толщи, поэтому в регионе даже на песчаных и супесчаных почвах повсеместно возникают условия для создания восстановительной среды, что проявляется в присутствии признаков оглеения. Для тундровых почв, как правило, характерны олиготрофность, большое количество недоокисленных соединений, фульвокислотный состав гумуса, сильная подвижность перегнойных кислот и сильнокислая реакция раствора. В результате переувлажнённости тяжёлых по механическому составу грунтов и их свойства тиксотропносте в тундровых почвах широко развиты процессы гошвунности и пучения, вызывающие образование бугорков, солифлюкцию и пятнообразование. Это обуславливает мозаичность и комплексность почвенно-растительного покрова, в результате которых на незначительных расстояниях происходит смена почв на родовом и подтиповом уровнях.
На территории Уренгойской тундры по площади преобладают зональные тундровые глеевые почвы. Бедность их минералогического состава и кислый опад определяют кислую и сильнокислую реакцию почв (рН водной суспензии составляет 3,9-:-5,4, солевой - 3,0-г4,26) (Арестова, 1997), их малогумусность, низкую ёмкость поглощения с малой степенью насыщенности основаниями. Кислая реакция почв обуславливает высокую подвижность железа и органического вещества, в профилях наблюдается оригинальное сочетание глеевых и ожелезнённых горизонтов, гумусово-аккумулятивных и гумусово-иллювиальных [AlBJ. В лесотундре тундровые глеевые почвы встречаются главным образом в северной части и приурочены, как правило, к наиболее суровым местообитаниям (Васильевская и др., 1986). Наиболее распространенным в условиях Западной Сибири подтипом тундровых глеевых почв являются тундровые глееватые перегнойные мерзлотные. Характерной особенностью их морфологии, по данным Васильевской с соавторами (1986), является наличие охристого оглеенного горизонта Вохр, расположенного под горизонтом AlBh, поверхностное накопление органического вещества, с одной стороны, и глубокое проникновение его в почву — с другой. Накопление органики в нижних горизонтах почв может происходить как за счет криогенных перемещений грунта, так и за счёт надмерзлотной ретинизации. По валовому составу эти почвы практически не дифференцированы, но часто в горизонте Вохр имеет место увеличение валового количества железа и уменьшение его в горизонте максимального оглеения.
Из-за крайней бедности песчаных отложений полуторными окислами и кислой реакции в верхней части профиля легко происходит отбеливание мелкозёма. В образующихся оподзоленных тундровых почвах наблюдается элювиально-иллювиальная дифференциация почв по валовым и оксалатрастворимым формам полуторных окислов.
Под лишайниково-мохово-кустарничковой и кустарничковой растительностью распространены тундровые глеевые оподзоленные почвы. Настоящие подзолы на территории исследований развиваются только в приречных районах на породах лёгкого механического состава, где обеспечен сток избыточной влаги, но признаки оподзоливания имеются уже и на глинистых грунтах (Западная Сибирь, 1963). Слабая дренированность территории и скопление на поверхности влаги приводят к развитию болотного процесса, так что с тундровыми глеевыми обычно сочетаются торфяно-болотные почвы.
Методика полевых исследований
Для оценки состояния экосистем тундры и лесотундры использовался метод эталонов и экологического профилирования. На фоновых территориях для изучения особенностей горизонтальной структуры растительного покрова были проложены экологические профили вкрест рельефа. Частота пикетов на профилях определялась масштабом исследований - в условиях однообразности растительности пикеты устанавливались через каждые 250 метров, при более частой смене растительных сообществ пикеты устанавливались в каждом из них. На всех пикетах для выделения основных фитоиндикационных признаков состояния природной среды давались общая и конкретная физико-географические привязки, описывались особенности почв, составлялась подробная геоботаническая характеристика (выделение преобладающих видов, оценка их средообразующих свойств и хозяйственной значимости, определение видового разнообразия сообществ, обилие каждого вида по шкале Друдэ, проективное покрытие и высота растений, у лишайников - соотношение живой и мёртвой части). Полученные фоновые характеристики природных комплексов использовались для оценки степени антропогенного воздействия и нарушенности среды на эксплуатирующихся месторождениях.
Поскольку работы проводились на месторождениях, испытывающих различную антропогенную нагрузку, число отработанных участков и заложенных профилей на каждом из них различно. На территориях Самбургского, Ево-Яхинского, Западно-Таркосалинского, Тазовского, Заполярного, Южно-Русского, Уренгойского, Песцового и Северо-Уренгойского месторождений работы велись по методу экологических профилей, расстановка пикетов проводилась так же как и на фоновых участках. На всех месторождениях, за исключением Самбургского и Северо-Уренгойского, исследовано по одному участку. На Самбургском месторождении работы проводились на двух участках - Южном и Северном, на Северо-Уренгойском месторождении - на Западном и Восточном куполах. На Западном куполе был заложен профиль протяжённостью 2,5 км, направленный соответственно розе ветров от одного из узлов комплексной газопереработки для определения влияния УКПГ на естественные экосистемы. На этом же куполе были проложены два небольших профиля по 500 м от мест прожигания газовых скважин для проведения так называемых "подфакельных" измерений. Восточный купол использовался в качестве локального фона.
Для определения степени техногенной нагрузки на зону заказника вдоль р. Ево-Яха проводилось полное геоботаническое исследование обоих берегов реки и сравнение их с фоновыми характеристиками. Экологические профили прокладывались таким образом, чтобы захватить зоны влияния автомобильной и железной дорог, линии электропередач, линии газопровода, химкомбината. Расстановка пикетов делалась аналогично вышеописанным.
На территории Ново-Уренгойского и Восточно-Уренгойского месторождений работы велись по методу эталонных площадок: для пикетов выбирались типичные участки тундры и территории, планируемые под хозяйственное использование (водозаборную станцию, шламохранилище и т.п.).
Для оценки современного уровня содержания тяжёлых металлов и других токсичных соединений в почвах и растениях проводился отбор проб на каждом пикете экологических профилей и площадок. Пробы почвы отбирались с глубины 0-10 см в полиэтиленовые пакеты, снабжались этикеткой с указанием места пробоотбора; растения собирались на каждом пикете с площади 50x50 м для получения усреднённого значения содержания химических веществ. В пробу отбирались представители различных жизненных форм: лишайник — Cladina alpesths (L.) Rubh., багульник - Ledum decumbens (Ait.) Lodd. ex Steud., карликовая берёзка - Betula nana L., лиственница — Larix sibirica Ledeb. В дальнейшем, все пробы измельчались, просушивались в бумажных пакетах и перевозились в С-Петербург для дальнейшей обработки.
Все пробы, собранные для определения тяжёлых металлов, были высушены до воздушно-сухого состояния при обычной температуре в закрытом помещении с вентиляцией (Методические рекомендации..., 1981). Высушенные пробы почвы просеивались через сито с диаметром отверстий I мм и растирались в агатовой ступке до состояния пудры. Растёртые пробы помещались в прокалённые фарфоровые тигли, взвешивались и затем прокаливались в муфельной печи при температуре 450U5OOQC в течении 6 часов для удаления органического вещества. Для расчёта содержания микроэлементов в воздушно-сухой навеске тигли с прокалённой почвой взвешивались, определялась потеря в весе при прокаливании, после чего прокалённая почва снова растиралась.
Измельчённые воздушно-сухие пробы растений помещались в прокалённые фарфоровые тигли, взвешивались и ставились в муфель для озоления. Озоление проводилось по общепринятой методике (Зырин, Обухов, 1977) до постоянного веса золы. Озолённые пробы взвешивались для определения зольности растительных образцов и затем растирались в агатовой ступке до состояния пудры.
Подготовленные таким образом пробы были отданы на определение содержания тяжёлых металлов в лабораторию спектрального анализа ПГО «Севморгеология» ВНИИОкеангеология. Количественное определение Sr, Со, Ni, Sc, Zn, Си, Zr, Ті, Y, Ag, As, Cd, V, Ba, Tl, Mn, Cr, Pb, Ga., Ge и Те в золе растений и почвах производилось методами спектрального и атомно-абсорбциоиного анализов согласно методике, разработанной во ВНРЇИОкеангеология и утверждённой научным советом по аналитическим методам (НСАМ) Министерства геологии СССР. При проведении анализа в качестве эталонов использовались синтетические стандартные образцы. Среднеквадратичная относительная погрешность измерения составляет 12,5 25%. Определяемые содержания соответствуют требованиям III и IV категорий точности.
Для оценки влияния газодобывающих буровых на состояние почв проводился анализ содержания нефтепродуктов в поверхностном слое почвы различных участков. Содержание нефтепродуктов определялось методом инфракрасной спектрофотометрии после предварительной экстракции проб. Работа проводилась в отделе аналитических исследований и контроля АО «Механобр-Аналит» и в лаборатории АО «Нефтехимавтоматика». (52 пробы)
I еохимические особенности почв Уренгойской тундры
Геохимические характеристики являются одними из наиболее используемых параметров оценки состояния экосистемы и идущих в ней процессов, поскольку любые антропогенные воздействия достаточно быстро фиксируются по изменению химического состава компонентов окружающей среды или по изменению соотношений химических элементов в этих компонентах. Довольно часто в качестве основных геохимических показателей используют содержания тяжелых металлов в различных средах. В месте с тем для газоносных районов не менее важной геохимической характеристикой является количество нефтепродуктов в почвах и водах.
Накопление в почвах нефтепродуктов, поглощение их растениями и вовлечение в биологический круговорот является одной из важных экологических проблем. При добыче, транспортировке и использовании нефти и нефтепродуктов теряется около 50 млн. т сырья в год (Мониторинг..., 1985). Основная доля выбросов природного газа (более 90%) приходится на предприятия газодобывающей подотрасли (рис. 6) (Гриценко и др, 1997). Все источники поступления нефтепродуктов в экосистему можно разделить по масштабам воздействия на локальные и площадные. Локальные загрязнения почв чаще всего связаны с разливами нефтепродуктов и углеводородного конденсата при повреждении трубопроводов и буровых установок. Загрязнение больших площадей возможно при возникновении газовых и нефтяных фонтанов, самовозгорании газа, разливе буровой жидкости. Поступление в почву нефтепродуктов вызывает изменение её физических, химических и биологических свойств, что неизбежно ведет к снижению, а в некоторых случаях и к полной утрате почвенного плодородия.
В естественных условиях нефтяные углеводороды (НУ) подвергаются деградации, конечными продуктами которой являются углекислота, вода,по отдельным подотраслям (Гриценко и др.. 1997) кислородные соединения типа спиртов, кислот, альдегидов и т.п., а также высокомолекулярные органо-минеральные комплексы, возникающие в результате уплотнения соответствующих соединений. Основная роль в самоочищении почв от нефти принадлежит микроорганизмам. Процесс естественного самоочищения почвы под влиянием природной микрофлоры достаточно длительный и составляет около 10-25 лет. Однако в процессе трансформации НУ возможно образование токсичных соединений, обладающих канцерогенными свойствами и устойчивых к микробиологическому расщеплению. Помимо этого сами НУ и входящие в их состав метанол и метан, являясь биохимически активными веществами, вызывают деградацию почвенных экосистем, препятствуя процессам самоочищения почв (Сидорова и др., 1994). Исследования взаимодействия почвенной биоты с метаном, проводившиеся возле скважин в местах подземного хранения газа (Гриценко и др., 1997), показали возрастание биологической активности почв у скважин: увеличилась численность бактерий, использующих белковое питание, возросла ферментативная активность, в частности, целлюлазная. Причём отмечено сохранение её высокого уровня по всему почвенному профилю в отличие от фоновой почвы, где идёт постепенное убывание ферментативной активности с глубиной. Параллельно возросла и численность раковинных амёб. Все перечисленные параметры свидетельствуют о «возбуждённости» почвы, то есть о выведении её микробного сообщества из состояния равновесия благодаря поступлению дополнительного углеродного питания. В загрязнённых метанолом почвах, расположенных в зоне действия газового промысла, этими же исследованиями установлено снижение численности видов почвенной мезофауны, раковинных амёб, обеднение фитоценоза в аллювиальных торфянисто-глеевых почвах, снижение целлюлазной активности в приповерхностных горизонтах. Среди бактерий доминирует группа метилотрофов. Иными словами, под действием химического загрязнения метанолом произошло снижение биологической активности почвы и качественная перестройка микробного сообщества. Подобные изменения видового состава микроорганизмов существенно влияют на скорость деградации первичных НУ в почвах.
В естественных условиях самоочищение почв от НУ растягивается на несколько лет. По данным А.А.Оборина, И.Г.Калачниковой и др. (1988), в первые 1-1,5 года преобладают физико-химические процессы, включающие перераспределение НУ по почвенному профилю, испарение, вымывание и ультрафиолетовое облучение. Второй этап, охватывающий в гумидных областях Предуралья и Западной Сибири 3-4 года, характеризуется биохимической деструкцией сложных гибридных молекул смолистоасфальтенового ряда и новообразованиями алифатических структур. Третий этап - исчезновение в остаточной нефти исходных и вторичных парафиновых углеводородов, начало его приходится на 58-62 месяцы после разлива нефти. При определении скорости деградации и экологических последствий загрязнения экосистем НУ, помимо состава нефтепродуктов необходимо учитывать состав и структуру экосистемы, а также внешние условия, под воздействием которых она находится (Пиковский, 1988). Для северных районов Западной Сибири существует опасность устойчивого загрязнения почв нефтепродуктами, поскольку в кислых, холодных, переувлажнённых и малогумусных тундровых ландшафтах деградация НУ происходит крайне медленно. Загрязнение почв сохраняется на многие годы. По данным Э.А. Штины и К.А. Некрасовой (1988) в районе лесотундры (Лабытнанга) через два года после заливки нефти при сильном загрязнении почв были хорошо заметны не затронутые разложением «нефтяные поля». Полностью отсутствовали водоросли и беспозвоночные, присутствовали только грибы и бактерии.
Закреплению нефтепродуктов в почвах способствуют и получившие широкое развитие в данном регионе процессы мерзлотного оглеения, тиксотропии, криогенной ратингоации техногенных органических веществ и метаморфизации солевых растворов при высокой способности оторфованных горизонтов почв к поглощению токсических НУ и продуктов их распада. Преобладание тяжёлых фракций в составе попутной нефти и наличие в ней высокого содержания серы ( 0,5 %) ещё более усугубляют неблагоприятные природные условия и способствуют тому, что стойкие битуминозные вещества могут длительное время сохраняться и накапливаться в почвах. При этом сульфаты минерализованных промысловых вод способны образовывать сероводород, а битуминозные вещества прочно закрепляются в гидроморфных почвах на сероводородном барьере (Гриценко и др., 1997). Кроме того, в составе Уренгойского газоконденсата присутствует значительное количество парафина (твёрдого метанового углеводорода). Сам по себе парафин не токсичен для живых организмов, но благодаря высокой температуре застывания (+18С и выше) попадая на земную поверхность он переходит в твёрдое состояние. Твёрдый парафин очень трудно разрушается, с трудом окисляется на воздухе. Он способен на долго «запечатать» все поры почвы, лишив её свободного влагообмена и дыхания, что может привести к деградации всей экосистемы.
Большое влияние на поведение НУ в почвах оказывает механический состав. В песчаных почвах создаётся сплошной фронт продвижения нефти по профилю и выноса ее с почвенными и грунтовыми водами. Частичное накопление происходит лишь в гумусовом горизонте за счёт сорбции и сополимеризации окисленных нефтяных компонентов (Оборин и др., 1988; Khan, Schnitzer, 1972; Brown et ah, 1983; Brown et a!., 1985; Walker, 1984).
