Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Техногенное воздействие современной промышленности на лесные насаждения и его особенности в Ханты-Мансийском автономном округе 6
Глава 2. Программно-методические основы работы 26
2.1. Программа работ 26
2.2. Методика исследований 27
2.3. Объем работ 31
Глава 3. Природные условия района исследований 32
3.1. Географическое местоположение и лесорастительный таксон 32
3.2. Климат 33
3.3. Рельеф и почвы 34
3.4. Лесной фонд 36
3.5. Устойчивость лесных экосистем к антропогенному воздействию 41
Глава 4. Воздействие нефтяного загрязнения 45
4.1. Характеристика опытных объектов 45
4.2. Изменения почв на ППП 48
4.2.1. Морфологические характеристики почв объектов исследований 48
4.2.2. Изменения химического состава почв 50
4.3. Состояние древостоев 61
4.4. Естественное возобновление 68
4.5. Лесная подстилка 72
4.6. Живой напочвенный покров 76
4.7. Химический состав хвои 81
Глава 5. Воздействие подтоварных вод 94
5.1. Характеристика опытных объектов 94
5.2. Изменения химического состава почв 96
5.3. Состояние основных компонентов лесных насаждений 104
5.4. Химический состав хвои 107
5.5. Дигрессионно-восстановительный процесс 112
Глава 6. Воздействие физжо-механических разрушений при строительстве трубопроводов 114
6.1. Характеристика опытных объектов 114
6.2. Влияние физико-механических разрушений на почву 116
6.2.1. Морфологические изменения почв 116
6.2.2. Изменения химического состава почв 117
6.3. Состояние древостоев 124
6.4. Результаты исследования крон деревьев 126
6.5. Естественное возобновление 138
6.6. Лесная подстилка 139
6.7. Живой напочвенный покров 143
6.8. Химический состав отдельных компонентов насаждений 146
6.8.1. Лесная подстилка 146
6.8.2. Живой напочвенный покров 156
Глава 7. Общая оценка техногенного воздействия нефтегазодобычи на сосновые насаждения в пределах Покачевского месторождения нефти 166
7.1. Количественная оценка 166
7.2. Качественная оценка 181
Общие выводы и предложения 185
Литература 191
Приложения: 1-13 209
- Техногенное воздействие современной промышленности на лесные насаждения и его особенности в Ханты-Мансийском автономном округе
- Состояние древостоев
- Результаты исследования крон деревьев
- Качественная оценка
Введение к работе
Актуальность темы. Все более возрастающее техногенное воздействие на окружающую природную среду приводит к глубоким трансформациям лесных насаждений. Особую тревогу вызывают таежные леса, являющиеся "легкими" Северного полушария. Таежные леса Ханты-Мансийского автономного округа (ХМАО) более 30 лет испытывают небывалый техногенных прессинг, не имеющий аналогов в мировой практике (Экология..., 1997). Основными видами воздействия на леса являются: загрязнение продуктами нефтегазодобычи и физико-механическое разрушение насаждений и почв при строительстве промышленных объектов. Механизм этих воздействий и их последствия в отношении лесных насаждений до настоящего времени мало изучены, что затрудняет комплексную оценку, прогнозы дигрессионно-демутационных процессов и разработку рекультивационных мероприятий. Уникальность и ранимость лесов северной подзоны тайги вызывает необходимость скорейшего их изучения в расчете на минимизацию ущерба от нефтегазодобычи.
Цель и задачи исследований. Основная цель работы - изучение на примере Покачевского месторождения нефти влияния загрязнений нефтью с сопутствующими пластовыми водами (нефтяное загрязнение) и нефтепромысловыми сточными подтоварными водами (загрязнение подтоварными водами), а также физико-механического разрушения почв на лесные сосновые насаждения в северной подзоне тайги ХМАО. При этом стояли следующие основные задачи:
1 .Выявление особенностей естественных сосняков лишайниковых и сфагновых в условиях изучаемого лесорастительного района.
2.Изучение дигрессионно-демутацйонных процессов сосновых насаждений под воздействием нефтегазодобычи.
З.Изучение изменений в компонентах насаждений на биохимическом уровне.
4.Проведение сплошной инвентаризации техногенных нарушений в пределах Покачевского месторождения нефти для проведения ком-шіексной оценки их влияния.
Научная новизна. Проведено изучение естественных сосняков лишайниковых и сфагновых исследуемого лесорастительного района, даны качественные и количественные характеристика компонентов насаждений данных типов леса в условиях нефтегазодобычи, в том числе их химический состав. Составлены ряды аккумуляции химических элементов и их валовой запас в доминирующих видах живого напочвенного покрова и фракциях лесной подстилки. Впервые для сосняков лишай-
никовых изучена реакция насаждений на разные степени загрязнения нефтью с сопутствующими пластовыми водами, а также подтоварной водой. Вскрыты химические изменения в хвое при воздействии критических доз нефти и подтоварных вод. Изучены дигрессионно-демутационный процесс в сосняках лишайниковых и сфагновых, происходящий в результате физико-механического разрушения лесных насаждений при строительстве трубопроводов, качественные и количественные изменения их компонентов, в том числе для части из них и химические. Проведена сплошная инвентаризация всех техногенных нарушений в пределах одного месторождения нефти. Дана комплексная оценка влияния нефтегазодобычи на основе биосферной роли лесных насаждений.
Практическая ценность работы. Результаты работы могут быть ис
пользованы при организации экологического мониторинга в лесных
экосистемах, разработке и реализации различных экологических про
грамм, в том числе по рекультивации загрязненных площадей. Кроме
того, фактические материалы и основные положения диссертации целе
сообразно использовать в лекционных курсах по лесоведению, лесово
дству, экологии, охране окружающей среды в высших учебных заведе
ниях. __',
Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались на Свердловской областной научно-технической конференции "Вклад ученых и специалистов в развитие химико-лесного комплекса" (Екатеринбург, 1993, 1997), международном исследовательском форуме "Yung investegatre program" (Нижневартовск, 1996), семинаре "Учителю о лесе" (Мегион, 1997), научно-технической конференции "Итоги, проблемы и перспективы лесоводственных исследований в Тюменской области" (Тюмень, 1998).
Публикации. Материалы научных исследований изложены в 6 печатных работах.
Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, 7 глав, общих выводов, списка использованной литературы, где представлены Ур7* наименование отечественных и зарубежных авторов. Основной материал изложен на 155 страницах машинописного текста, включает 38 таблиц, 27 рисунков и 13 приложений.
Техногенное воздействие современной промышленности на лесные насаждения и его особенности в Ханты-Мансийском автономном округе
Лес - уникальнейшая живая система, компонент биосферы, значение которого трудно переоценить. Лес входит в сферу высшего уровня интеграции живой материи не только как система генетическая и простое слагаемое природной среды, но и как система экологическая, как носитель колоссальной энергии, посредством которой можно влиять на среду обитания (Новиков, Подольский, 1994).
Леса мира покрывают около 30% суши Земли и занимают 4 млрд. га (Ат-рохин, Кузнецов, 1989). Суммарная мировая биомасса лесов оценивается примерно в 2000 млрд. тонн. Доля северных хвойных лесов (в основном это Россия, Канада и США) составляет 14-15, тропических - 55-60, остальных - 20 -25% (Новиков, Подольский, 1994).
Основной функцией зеленых сообществ, в том числе лесов, обеспечивающей само существование жизни на Земле, является фотосинтез. Растительность суши ежегодно ассимилирует в органических соединениях 20-30 млрд. т углерода (по Болину, 1972 - отЮ до 100 млрд. т). В лесах содержится 400-500 млрд. т углерода, что составляет примерно 2/3 всего атмосферного запаса углерода (Иевенко, 1993). Лесные экосистемы вырабатывают около 66% органического вещества на Земле, а с учетом травянистой и кустарниковой растительности -78% (Экономическая география..., 1979).
Для поддержания биосферы в состоянии гомеостаза необходимо достаточно большое количество и разнообразие биологических связей и видов. По П. Трояну (1988), пространство, которое занимает фитосфера, в 5 раз меньше, чем пространство зоосферы. Однако полная биомасса, содержащаяся в растительных организмах, живущих на Земле (объем - 280 млн. км3, биомасса - 2487 км3, число видов - 300 тыс.) в 2500 раз больше, чем у зоосферы (объем - 1400 млн. км3, биомасса - 1 км , число видов - 1500 тыс.). Видимо, данная пропорция и есть одно из обязательных условий стабильности биосферы.
Исследования и выводы многих ученых мира (Миллер, 1993,1994; Медоуз и др., 1994; Ревелль П, Ревелль Ч., 1995; Новиков, Подольский, 1994; Моисеев, 1994 и др.) свидетельствуют о неминуемой экологической катастрофе, если человечество не изменит свое поведение в биосфере. До того как человек начал заниматься земледелием, на Земле существовало 6 млрд. га лесов, сейчас на планете - 4 млрд. га, из которых только 1,5 млрд. га первичные (девственные) (Медоуз и др., 1994). При этом половина лесных массивов исчезла в период с 1950 по 1990 г. США (исключая Аляску) потеряли треть своих лесных массивов и 85% первичных лесов. В Европе первичных лесов практически не осталось большей частью они заменены плантациями из нескольких видов деревьев представляющих коммерческий интерес. В Китае уничтожено 3/4 лесов. Половина первичных лесов в тропиках уже исчезла а половина того что осталось интенсивно разрабатывается и деградирует
При общей площади лесного фонда России 1182,6 млн. га (из них покрытая лесом - 771,1 млн. га), ежегодно сплошными рубками вырубается 1,8 млн. га. В Европейско-Уральской зоне, в результате превышения расчетной лесосеки в 5 раз в 1966-1987 гг., леса сильно истощены (Новиков, Подольский, 1994).
Чрезмерная вырубка это только один разрушающий леса фактор. Другой фактор - загрязнение окружающей среды. Три четверти европейских лесов пострадало от загрязнения воздуха и кислых дождей. При этом годовой ущерб европейских стран оценивается, по меньшей мере, в 30 млрд. долл., что приблизительно равно стоимости годового объема производства черной металлургии Западной Германии и в 3 раза превышает годовые расходы стран Европы на охрану окружающей среды (Медоуз и др., 1994). По данным П.Ревелль, Ч. Ревелль, (1995) в 1984 г. три четверти деревьев в Германии получили повреждения различной степени тяжести, что было отмечено на 50% площади лесов страны - 2,5 млн. га. Полная деградация (гибель) лесов в больших масштабах отмечается в Австрии, Швейцарии, Швеции, бывшей Югославии, США. К со жалению, на данный момент как в мире, так и в Росси нет ни методик, ни комплексных оценок масштабов деградации лесов.
Как известно, в глобальном масштабе наиболее значительную роль в стабилизации баланса кислорода и углекислого газа в атмосфере играют вечнозеленые лиственные леса тропиков и субтропиков и бореальные хвойные леса северного полушария. Россия обладает 50% ценных хвойных лесов мира и почти 25% мировых запасов древесины (Новиков, Подольский, 1994). На фоне широкомасштабной техногенной экспансии на леса планеты, учитывая то, что леса европейской части России и Урала истощены, биосферное значение Сибирской тайги трудно переоценить. Если к этому добавить то что природные комплексы Среднего Приобья вот уже 30 лет испытывают "освоение", изучение роста развития реакций устойчивости лесов данного региона является весьма а KTvajrb ным
По оценкам Тюменской лесной опытной станции в целом по территории Ханты - Мансийского автономного округа загрязнено нефтяными углеводородами около 40 тыс. га земель, засолено около 4 тыс. га. (Гашев и др., 1996). Данные площади в той или иной степени исключены из биологического продуцирования и круговорота.
Топливно-энергетический комплекс Среднего Приобья берет свое начало с середины 60-х годов. Его разрушительное воздействие на природные комплексы можно назвать беспрецедентным. Масштабы данного воздействия будут показаны в специальной части. Здесь мы остановимся на уровне изученности и характере данного процесса.
При рассмотрении влияния техногенных факторов, их следует разделить по объектам воздействия: органы растений, организм и надорганизменный уровень (для нас - лесная экосистема, а точнее лесное насаждение или лесной биогеоценоз). В таком порядке мы и будем рассматривать техногенные факторы.
На организменном уровне существует абсолютный показатель крайней патологии, регистрируемый в большинстве случаев достаточно объективно, -гибель организма (Воробейчик и др., 1994). Техногенные факторы при этом можно разделить на факторы прямого летального действия, воздействие которых на организм вызывает "мгновенную" смерть независимо от дозы; и факторы, которые вызывают возмущение живой системы (организма), наступление летального исхода зависит от дозы фактора и (или) продолжительности воздействия. При рассмотрении второй группы факторов важно установление границ такой категории, как устойчивость - "это внутренне присущая системе способность выдержать изменение, вызванное извне, или восстанавливаться после него" (Риклефс, 1979). А на основании выявленных границ устойчивости устанавливается и норма воздействия техногенного фактора - "интервал, в пределах... которого количественные изменения колебаний в физиологических процессах способны удерживать основные жизненные константы на уровне физиологического оптимума" (Воробейчик и др., 1994).
Из всего многообразия факторов второй группы, имеющих место в нефтегазодобывающих регионах Среднего Приобья, для нас представляют интерес: загрязнение почв, нарушение поверхностного стока воды, механическое нарушение почво-грунтов и лесных насаждений.
Одним из параметров, описывающих состояние организма и его стрессовые процессы, является химический состав различных органов растений. И.А. Юсупов (1996) делает вывод, что химические элементы во фракциях фитомас-сы сосны обыкновенной находятся в определенных соотношениях. Нарушение этой закономерности, вызванное воздействием какого-либо техногенного фактора, отражается на содержании многих химических элементов, наблюдается повышенная или резко пониженная концентрации одного из них. Химическое техногенное воздействие оказывает существенное влияние на накопление питательных веществ растениями живого напочвенного покрова, определяя зольность отдельных видов. Особой чувствительностью отличаются лишайники (Трасс, 1984; Мартин, 1987; Горшков, 1990; Жидков, 1994, 1995; Baddeley et al, 1972; Nash, 1973; Richardson, Puckett, 1973; Atlas, Schofield, 1975; Le Blanc, Rao, 1975; Lang et al, 1976; Nash, Boucher, 1989). P.M. Хантемиров (1991), проводя исследования содержания химических элементов в годичных слоях деревьев сосны обыкновенной в районе медеплавильного комбината, установил, что содержание К, Mg в значительной степени определяется их физиологическими функциями. На распределение других элементов (Mn, Zn, Al, Fe, Си) существенное влияние оказывают как физиологические процессы в древесине, так и уровень загрязнения среды в год формирования данного годичного слоя. В районе исследований P.M. Хантемирова наиболее подходящим элементом для целей ретроспективной биоиндикации оказалась медь.
Загрязнение земель в регионе наших исследований происходит преимущественно в результате порывов трубопроводов нефтью, минерализованными пластовыми и подтоварными водами, а также буровым шламом и растворами. Воздействие на растения осуществляется как прямо, так и через трансформацию почв.
Состояние древостоев
Для сосняков лишайниковых северной подзоны тайги, характерна низкая производительность (Крылов, 1961, 1962; Шиманюк, 1962; Растительный..., 1985; Листов, 1986; Природа..., 1992). Бонитет исследуемых сосняков лишайниковых - У-V6, сосняков сфагновых - Уб. Если использовать бонитировочную шкалу Богдашина и Крылова (Крылов, 1961), составленную для древостоев Западной Сибири, то древостой ППП 3 и ППП 8-1 следует отнести к V классу бонитета, а не к Va, как следует из таблиц Орлова.
Средняя высота сосняков лишайниковых колеблется в пределах 7,3-14,1 м, сосняка сфагнового - 2,5 м (прил. 1). Столь низкие средние высоты, древостоев на ППП не характерны для сосняков лишайниковых и сфагновых (Левин, 1966) в условиях северной подзоны тайги Коми АССР. Последнее обстоятельство указывает на существенные различия в продуктивности сосняков лишайниковых и сфагновых исследуемого и смежных регионов.
Полнота древостоев сосняков колеблется от низкой - 0,4 до высокой - 1,0. Это подтверждают утверждения некоторых авторов (Левин, 1966; Листов, 1986) о возможности формирования в условиях сосняков лишайниковых северной подзоны тайги высокополнотных, с большой густотой древостоев. Древостой низших классов бонитета имеют обычно большую густоту, чем древостой высоких классов. Однако наши исследования показали, что и в низкотрофных эдафических условиях Севера наличие разреженных древостоев экологически оправдано. Древостой ППП 3 и ППП 6 - низкополнотные, ППП 2 - высокопол-нотный. Запас и сумма площадей поперечного сечения древостоев исследуемых участков являются несколько меньшими, чем для подобных сосняков Коми АССР (Левин, 1986). Ненарушенные сосняки лишайниковые характеризуются наличием некоторого количества сухостоя - 0,5-4,7% по запасу и 1,3-10% - по густоте. С увеличением возраста и ухудшением условий местопроизрастания средние высота и диаметр сухостоя приближается к таковым у живых деревьев.
Загрязнение нефтью приводит к деградации насаждения. Так, при сильном загрязнении (ППП 8-1) сохранились лишь 150 живых деревьев в пересчете на 1 га, что составляет лишь 6,6% от общего количества деревьев, произраставших до разлива. Значительный отпад наблюдается и на участке средней степени загрязнения (ППП 8-2), где после разлива погибло 34% деревьев. Аналогичная закономерность проявляется и на других ППП и ВПП, подверженных загрязнению нефтью.
Характер распределения деревьев по фиксированным ступеням толщины используется для оценки строения древостоев. Результаты наших исследований показывают, что ряды распределения числа деревьев по ступеням толщины на ППП 2 и 3 наиболее успешно аппроксимируются кривыми логнормальной математической функции (табл. 10).
На ППП 8-1, характеризующейся сильной степенью загрязнения, количество сохранившихся живых деревьев формируют ограниченный объем выбор 63 ки, что не позволяет аппроксимировать распределение. На ППП 8-2, соотношения деревьев по ступеням толщины наиболее успешно аппроксимируются законами гамма (критерий согласия 11,0) и нормального распределения (критерий согласия 15,4). Таким образом, при загрязнении нефтью в первую очередь отмирают отставшие в росте деревья. На ППП 6 древостой сформировался при низкой полноте и площадь питания каждого дерева достаточна для успешного роста без влияния жесткой внутривидовой конкуренции. Последнее обстоятельство создало предпосылки для синхронного роста деревьев и снижения вариабельности их диаметров. Ряд распределения деревьев по ступеням толщины на этой ППП наиболее успешно аппроксимируется законом распределения Вейбулла.
Как известно, периферийная часть нефтезагрязненного участка является зоной умеренного загрязнения и ее удельный вес при площади загрязнения более 1 га составляет 5-15% (Чижов, 1995). Основываясь на экспериментальных данных по сокращению количества нефти в верхних горизонтах почвы на 30-50% через 2 года после загрязнения (Разработать..., 1990) и учитывая, что нами за критерий загрязнения взята концентрация нефти в почве на глубине 0-5 см, нами применена следующая шкала:
1. Слабая степень загрязнения - до 3%.
2. Средняя степень загрязнения - 3-10%.
3. Сильная степень загрязнения - свыше 10%.
В качестве контрольной пробной площади для оценки состояния древостоя нами использовалось здоровое насаждение, аналогичного типа леса. Из таблицы 11 видно, что степень загрязнения нефтью почв, определенная спустя 2 года после разлива в верхней (0-5 см) части почвенного профиля, достоверно влияет на уменьшение густоты и запаса древостоя. Чем выше степень загрязнения, тем глубже степень деградации древостоя. При слабой степени загрязнения про изошло отмирание 14 3±2,8% деревьев, запас которых составляет 11 3±1 4% от контроля. Отпад происходит преимущественно за счет деревьев отставших в росте с худшими морфологическими характеристиками. Средний диаметр и средняя высота живых деревьев значительно больше, чем у погибших - на 35,7 и 17,6% соответственно. В результате полнота поврежденного древостоя составляет 92,8±4,8% от контроля.
Деградация древостоя от зон слабого загрязнения к зонам среднего происходит постепенно. Количество погибших деревьев увеличивается до 34,0+1,0% И по запасу до 33,9±1,6%. Полнота снижается более быстрыми темпами - до 62±12,5% от контроля. Наблюдается гибель деревьев со средними морфометри-ческими характеристиками, особенно по диаметру.
При сильной степени загрязнения количество жизнеспособных деревьев снижается до 7±0,3%, запас древостоя - до 8,3+1,1%, полнота - до 10±3% от контроля что свидетельствует о более стремительной деградации древостоя при повышении дозы нефти свыше 10%. Причиной различий между средними ттиаметпями и высотами живых и погибших деревьев по всей видимости за-ктпочается в бопыттбй VCTOH4HBOCTH ЛИЛИОУЮПІИХ в лпевостое деревьев
При рассмотрении вариабельности морфометрических характеристик (средний диаметр и высота) в градиенте загрязнения прослеживается ее уменьшение по живым деревьям и увеличение по погибшим. То есть происходит своеобразный естественный отбор: деревья с оптимальными характеристиками выживают, а отклонения от них ведут к гибели. Данный эффект свидетельствует об универсальности, комплексности таких показателей, как средний диаметр и средняя высота древостоя, что очень часто не дооценивается исследователями.
Зависимость уменьшения количества жизнеспособных деревьев от увеличения степени загрязнения, определяемой в верхней части почвы через два года после аварии, описывается экспоненциальным уравнением
у = - 692,7119 + ехр (6,6747 + (- 0,0080) х, при R2= 0,67.
Зависимость снижения запаса живой части древостоя описывается экспоненциальным уравнением следующего вида:
у = - 283,2080 + ехр (5,9559 + (- 0,0179) х, при R2= 0,62.
Снижение полноты древостоя от степени загрязнения описывается уравнением
у = - 208,7208 + ехр (5,7484 + (- 0,0237) х, при R2= 0,73.
Выявленные нами закономерности несколько отличаются от ранее проводимых М.Н. Казанцевой (1994). Это объясняется тем, что на объектах наших исследований лесные насаждения были загрязнены не чистой (товарной) нефтью, а водонефтяной эмульсией, т.е. нефтью с сопутствующими пластовыми водами. Ранее установлено (Разработать..., 1990), что сопутствующие нефтяному загрязнению засоление снижает связь между состоянием древостоя и концентрацией в почве нефтепродуктов (коэффициент корреляции 0,16-0,21). При таком загрязнении очень сложно сделать достоверный прогноз будущего состояния древостоя сразу после разлива нефти.
Дефолиацию деревьев (табл. 12), определяемую по охвоенности побегов и состоянию хвои, можно назвать интегрированным показателем жизнеспособности деревьев и древостоев
Результаты исследования крон деревьев
Исследование параметров крон деревьев сосны проведено по материалам шести ППП. Практический интерес к подобным исследованиям обусловлен отсутствием таких материалов для данного лесорастительного района.
Строение древостоев по ширине и длине крон деревьев характеризует структуру полога, знание которой важно для изучения фитомассы крон, ветвей, хвои и их вертикально-фракционного распределения. В таблице 27 приведены статистические характеристики параметров крон. Расчетные данные указывают на высокий уровень варьирования и ширины, и длины крон. Например, на ППП 2 коэффициент варьирования числа деревьев по ширине крон составляет 49,3, на ППП 3 - 56,6, на ППП 6 -41,7%. Эти древостой представлены сосняками лишайниковыми возрастом более 100 лет, причем прослеживается четкая закономерность - с увеличением сомкнутости полога увеличивается вариабельность признаков. Из трех ППП самая высокая сомкнутость на ППП 3 (0,57), а самая низкая - на ППП 6 (0,31). Среднее значение ширины крон в восстанавливаю щемся сосняке лишайниковом больше, чем в сосняке сфагновом в 1,3 раза и составляет 1,12 против 0,89 м, несмотря на то, что полнота на ППП 7 значительно выше, чем на ПГШ 5 - 0,32 против 0,18.
Сосняки сфагновые характеризуются малой вариабельностью деревьев по ширине крон, причем в молодом древостое (ППП 5) она больше, чем в спелом (ПГШ 4) 36,1 и 31,9 %, соответственно. В сосняке лишайниковом, наоборот, в молодом древостое (ППП 7) вариабельность меньше, чем в контрольном спелом (ППП 6) - 38,2 и 41,7 %, соответственно. Повышение вариабельности в сосняке сфагновом связано с куртинным расположением деревьев.
Таким образом, условия местопроизрастания оказывают влияние на характер изменчивости крон деревьев восстанавливающихся сосняков по их ширине. Примечательно, что по сравнению с ненарушенными древостоями в сосняке сфагновом коэффициент асимметрии уменьшается с +0,98 (ППП 4) до +0,81 (ППП 5), то есть вершина кривой сдвигается вправо, а в сосняке лишайниковом, наоборот, увеличивается - с +0,69 (ППП 6) до +0,88 (ППП 7), то есть вершина кривой сдвигается влево. С лесоводственной точки зрения это означает, что в восстанавливающихся древостоях в сосняке сфагновом доля деревьев с раскидистыми и ажурными кронами стала больше, а в сосняке лишайниковом -меньше. Данный факт свидетельствует о том, что в сосняке сфагновом восстановление древостоя протекает более сложно, чем в сосняке лишайниковом.
Распределению деревьев по ширине крон на ППП 2, 3 (сосняк лишайниковый) и ППП 4 (сосняк сфагновый) присущи высокие значения эксцесса: +16,26; +2,89; +2,59, соответственно. Кривая распределения здесь островершинная. Наименьшими значениями эксцесса характеризуется распределение древостоя ППП 6 (+0,26). В восстанавливающемся сосняке лишайниковом (ППП 7) коэффициент эксцесса увеличился до +0 76 что говорит о появлении большего количества деревьев с шириной крон значительно больше среднего значения. В сосняке сфагновом (ППП 5), наоборот, снижение коэффициента эксцесса до +1 20 показывает уменьшение количества таких деревьев.
Среднее значение протяженности крон в ненарушенном сосняке лишайниковом ППП 2 составляет 4,09 м, ППП 3 - 4,53, ППП 6 - 3,09 м, в сосняке сфагновом ППП 4 - 1,12 м. Значит, в худших условиях произрастания кроны развиваются хуже. Вариабельность значений протяженности крон в сосняке лишайниковом выше, чем в сфагновом: 44,3- 61,8 и 39,7 %, соответственно. В молодом древостое сосняка сфагнового средняя протяженность крон выше, чем в спелом и составляет 1,40 м. В восстанавливающемся сосняке лишайниковом (ППП 7) она составляет 2,14 м. Если в сосняке сфагновом коэффициент вариации уменьшился до 33,1, то в сосняке лишайниковом - увеличился до 49,3 %.
При малом среднем значении протяженности крон на ППП 4, величина асимметрии (+0,44) указывает на наличие деревьев с короткими кронами. В восстанавливающихся сосняках по сравнению с контролем вершина кривой распределения сдвигается влево - асимметрия на ППП 5 составляет +0,71, на ППП 7 - +0,64. Это означает, что в молодых древостоях доля деревьев с короткими кронами меньше.
Кривая распределения значений протяженности крон сосняков лишайниковых ППП 2 и 6 островершинная. Коэффициент эксцесса здесь составляет +1,17 и +0,31, соответственно, что говорит о том, что на участках встречаются деревья с очень длинными кронами, особенно на ППП 2. В сосняке сфагновом ППП 4 и лишайниковом ППП 3 кривые распределения близки к нормальным -их коэффициент эксцесса составляет -0,08 и +0,08, соответственно.
Характер распределения крон в восстанавливающихся сосняках зависит от типа леса. Если в сосняке сфагновом (ППП 5) появилась совокупность деревьев с кронами значительно длиннее средних, при уменьшении количества короткокронных (коэффициент эксцесса увеличился до +0,31), то в сосняке лишайниковом значения протяженности крон деревьев стали располагаться в более широких пределах, чем было в контроле, а также и на ППП 5 (коэффициент эксцесса уменьшился до -0,35).
Следует отметить, что на ППП 2, 3, 4, 6 и 7 наблюдается качественная корреляционная связь между изучаемыми параметрами крон. Изменение одного параметра вызывает отклонение другого, причем корреляционная связь между ними положительная. При анализе параметров крон и их статистических характеристик можно сделать вывод, что в восстанавливающемся насаждении нарушаются закономерности строения структуры полога. Последнее необходимо учитывать, в частности при выборе модельных деревьев.
Сравнительная оценка коэффициентов вариации ширины и протяженности крон показывает, что величина их варьирования мало отличается. На ГШП 6 и 5 разница не превышает 3,4, а на ПГШ 2, 3, 4, 7 - 10%. Нами не выявлен параметр, который достоверно варьирует сильнее, чем другой.
Исследования показали, что распределение деревьев по ширине и протяженности крон подчиняется законам гамма и логнормального распределения в большей степени, чем нормального (табл. 28). Распределение деревьев по ширине крон в ненарушенных насаждениях сосняка лишайникового на ППП 2 подчиняется одинаково успешно, и гамма (х =3.9, уровень значимости 0,272) и логнормальным законам (Х2=3,6, уровень значимости 0,311), на ППП 3 - лог-нормальному (Х2=20,7, уровень значимости 0,001), на ППП 6 - логнормально му (Х2== 2,7, уровень значимости 0,608); в ненарушенном сосняке сфагновом (ППП 4) - одинаково успешно, и логнормаль ному (х 6,6, уровень значимости 0 150) и гамма распределению (х = 6,7, уровень значимости 0 149). В восстанавливающихся сосняках законы распределения не изменились.
Качественная оценка
Данная оценка основана на биологической роли растительных экосистем, в том числе лесных насаждений, как генераторов кислорода и депонаторов углерода. Газовый состав атмосферы регулируется фундаментальным соотношением: для производства 1,0 т сухого органического вещества растительным покровом потребляется 1,83 т двуокиси углерода и выделяется 1,4 т кислорода (Экология..., 1997).
Для оценки потерь от техногенного воздействия по данным показателям нами по методикам, изложенным в ряде аналитических обзоров (Исаев, Коровин и др., 1993, 1995), был произведен расчет годичного изменения среднего запаса стволовой древесины древостоев основных лесообразующих пород по Группам возраста и классам бонитета по всему Мегионскому лесхозу (прил. 12). С этой целью разность в удельных запасах между соседними группами возраста делили на возрастной интервал, соответствующий более молодой группе (Исаев, Коровин и др., 1993). Затем, на основании натурной инвентаризации и материалов лесоустройства (прил. 11) был произведен расчет потерь площади лесных насаждений от техногенного воздействия по преобладающим породам, группам возраста и классам бонитета (табл. 37). По подобной схеме были сгруппированы площади лесных насаждений в пределах Покачевского лесничества и Покачевского месторождения нефти.
Далее, используя значения годичного изменения запаса стволовой древесины (прил. 12), отношения между полной фитомассой древостоя и запасом стволовой древесины для основных лесообразующих пород и групп возраста (Исаев, Коровин и др., 1993) и "соотношения по производству 1 т сухого органического вещества", был произведен расчет годичных: прироста общей фитомассы дре-востоев, потребления углекислого газа и генерации кислорода лесными насаждениями Покачевского лесничества, в пределах Покачевского месторождения нефти и потери по этим показателям от техногенного воздействия (прил. 13).
Прирост фитомассы древостоев по Покачевскому лесничеству составил 34751,1, потребление ими углекислого газа - 63594, и выделение кислорода 48651,5 т/год. По живым древостоям в пределах Покачевского месторождения нефти эти показатели составили: 5196,1; 9508,9 и 7274,6 т/год, соответственно. Потери же от техногенного воздействия - 2395,9; 4384,5 и 3354,3 т/год, соответственно. Биосферную роль древостоев в случае отсутствия техногенного воздействия можно получить суммированием показателей потерь и таковых по живым древостоям. Потери от гипотетических показателей составляют: по всему лесничеству 6,4%, в пределах месторождения - 31,6%.
Из-за отсутствия специальных работ в регионе исследований нами не использован прирост полной фитомассы насаждений, в который входит прирост нижних ярусов растительности и, соответственно, биосферная роль этих компонентов насаждения.
Расчет потерь от разрушения болот основан на следующем принципе. Средняя интенсивность торфонакопления на территории ХМАО составляет 0,05 см/год, что соответствует 5,0 м3/га. Объемный вес торфа в абсолютно сухом состоянии для моховых болотных фаций равен 0,04-0,08, для лесных -0,14-0,23 и для травяных - 0,11-0,16 г/cм3. Принимая равным соотношение фаций, средний объемный абсолютно сухой вес торфа можно считать близким к 0,13 г/см или 0,13 т/м3. Следовательно, годичная фитопродукция болот не превышает в среднем 0,65 т/га (Экология..., 1997).
Площадь болот в пределах Покачевского лесничества составляет 158728, В Пределах месторождения нефти - 14845 и, наконец, разрушенных - 1255,3 га (табл. 35). Таким образом, годичная фитопродукция болот в пределах лесничества составляет 103173,2 т, потребление углекислого газа - 188807, выделение кислорода - 144442,5 т/год, в пределах месторождения - 9649,2; 17658,0; 13508,9 т/год, соответственно, и потери составили: 815,9; 1493,2; 1142,3 т/год, соответственно.
Следовательно, техногенное воздействие нефтегазодобычи привело к снижению биосферной роли фитоценозов в пределах лесничества на 2,3, в пределах месторождения нефти на 17,8%.
На основании проведенных исследований можно сделать следующие выводы:
1. Комплексная оценка техногенного воздействия, основанная на биосферной роли лесных экосистем, должна являться непременной частью экологического мониторинга и анализа экологической обстановки, а также нормирования воздействия на окружающую среду.
2. Разработка и эксплуатация одного небольшого месторождения нефти привели к ежегодным потерям по производству органической массы в количестве 3211,8, по потреблению углекислого газа - 5877,7, выделению кислорода -4496,6 т, что составляет от подобных показателей в пределах лесничества - 2,3, в пределах месторождения - 17,8%. Основная доля потерь в пределах Покачев-ского месторождения (75%) приходится на потери от гибели лесных насаждений.
