Мониторинг территорий нефтегазовых промыслов методом почвотестирования

Устинов М.Т., Казанцев В.А., Елизарова Т.Н., Магаева Л.А., Якутин М.В.

В основе мониторинга региональных территорий развития нефтегазовых регионов России - почва, как важнейший компонент биогеоценоза, являющаяся "зеркалом ландшафта", что позволяет выполнять контроль экологических сценариев антропогенеза и техногенеза на ландшафтно-геосистемном уровне. Экологическое значение почвы на ландшафтном уровне - это ее центральное место в ландшафтных системах и тесная связь с остальными компонентами ландшафта, водными и воздушными потоками вещества. Опасность накопления микроэлементов и загрязняющих веществ в целом в верхних горизонтах почв или их вымывание и накопление в более глубоких горизонтах контролируется характером и положением в почвенном профиле разных геохимических барьеров, индикаторами которых являются определенные генетические горизонты почв (1). Следует добавить, что почва в целом как компонент ландшафта сама является интегральным геохимическим его барьером.

Почва имеет тесный контакт с почвообразующими породами, которые обуславливают ее воздухо-влаго и тепло обмен. И почвообразующие породы бассейна широтного отрезка реки Оби не однородны по своему генезису и литологическому составу. Севернее широтного отрезка Оби распространены водно-ледниковые и озерно-ледниковые среднечетвертичные отложения, имеющие тонкопесчаный состав с глинистыми прослойками. На большей части они перекрыты торфяниками мощностью до 2 м. Пески сильно увлажнены и отмыты от солей. На юг от широтной части Оби почвообразующими породами служат озерно-аллювиальные средне-верхне-четвертичные отложения, состоящие из слоистых супесей и суглинков с прослойками глин и песков. С поверхности они перекрыты торфом мощностью до2 м.

В южной тайге и подтайге почвообразующими породами служат в основном глинистые отложения нижне-среднечетвертичного возраста, лежащие на неогеновых глинах. В южной зоне торфяники развиты очень широко, и мощность их больше 2, часто свыше 5 метров. Как видим, для почвообразующих пород бассейна широтного отрезка реки Оби характерна слоистость как песков, так и супесей, суглинков. Чередование слоев разного гранулометрического состава приводит к затруднению дренажа этих пород, а, следовательно, способствует формированию устойчивых верховодок, глееобразованию и заболачиванию.

В основу экосистемной оценки почв положен бассейновый принцип, так как водосборный бассейн - преобладающая геосистема, повсеместно формирующая ландшафт, в основе фундаментального понятия которого лежит идея о взаимосвязи и взаимообусловленности всех природных явлений земной поверхности.

Роль опорного узла почвенно-геохимических сопряжений и ключевых участков структуры почвенного покрова выполняет трансект-катена (2). В отличие от катены - линейной единицы почвенного покрова, трансект-катена - трехмерное целостное, закономерно организованное тело, которое имеет таксономическую определенность, специфический состав и структуру, свои пространственные и временные свойства. Количество и места исследований трансект-катен определяются на основе ландшафтно-экологической оценки бассейна и особенностей его почвенного покрова. При мониторинге территорий нефтепромыслов необходимо отделить природные (эволюционно-генетические процессы (особенно негативные) от процессов, обусловленных причинами техногенного воздействия, например дождевую эрозию от техногенной, или природное угнетение растительности от техногенного.

Поэтому направленность, степень и возможность проявления негативных почвенно-экологических процессов отслеживается на базе почвенно-эколого-мелиоративных, эколого-гидрогеологических, эколого-геохимических оценок и районирования, а также оценки степени устойчивости ландшафтов, биогеоценозов и почв к антропогенным, техногенным воздействиям с учетом направления хозяйственного использования. Оценка получаемой информации выполняется по критериям, отражающим региональные, эколого-ландшафтные особенности и качественные почвообразовательные процессы.

Степень экологической устойчивости экосистем территорий нефтегазодобычи и их потенциал самоочищения в первую очередь определяется через ландшафтную устойчивость почв и господствующие в них кислотно-щелочные и окислительно-восстановительные условия.

Ландшафтно-экологический и бассейновый подходы к изучению природных условий позволяют установить тип и потенциал ландшафта и его почвенного покрова, экологическую нишу и степень техногенной нагрузки в структуре бассейна, любой локальной и региональной территории; степень утраты генетической цельности ландшафта и его компонентов, обусловленную техногенезом и другими видами антропогенеза; снижение или повышение природно-ресурсного потенциала ландшафта - его природной устойчивости, природной буферности; угнетение, деградация или "процветание" биогеоценозов; неблагоприятные процессы и явления, направленность развития и степень трансформации основных типов ландшафта территории нефтегазопромыслов: болот, суходолов, пойм.

Критериями эколого-мелиоративного потенциала болотных почв служат высота стояния зеркала грунтовых и атмосферных вод, степень и тип их засоления, степень минерализации органогенных (деятельных) горизонтов, многообразие и активность жизнедеятельности микроорганизмов, степень проявления в торфяной залежи двух генетически разнородных горизонтов: деятельного и инертного.

Исследования, проведенные в районах нефтепромыслов Среднего Приобья показали, что болотные биогеоценозы способны к биоаккумуляции и адсорбции многих химических соединений. Они активно самоочищаются и самовосстанавливаются, являются глобальным буфером, нейтрализующим влияние кустовых площадок, шламовых амбаров и "выбросы" нефти в окружающую среду.

Пойменным почвам Среднего Приобья (тип ландшафта пойма) характерна пестрота гранулометрического состава как по профилю, так и в территориальном распространении. На фоне песчаных и супесчаных легко водопроницаемых почв встречаются почвы с элементами лугового почвообразования (процессы олуговения), как правило, имеющие утяжеленный гранулометрический состав. На таких почвах понижена водопроницаемость. К тому же наличие суглинистого или глинистого механического состава делает их прекрасными поглотителями загрязняющих веществ. При мониторинге пойм в районах нефтегазопромыслов наряду с пестротой гранулометрического состава и степенью заростности, определяющих их экологическую устойчивость, необходимо соблюдение водоохранных зон, где устанавливаются прибрежные защитные полосы (3), на территориях которых вводятся дополнительные ограничения природопользования, а, следовательно, выполняются более детальные исследования с целью контроля экологического состояния поймы.

На суходольных типах ландшафта при экологическом мониторинге территории особое внимание уделяется высокорельефным суходолам, где устанавливается степень водной эрозии для разработки системы противоэрозионных мероприятий. Как правило, на высокорельефных территориях возрастает поле загрязнения в отличие от болот, где оно более локализовано.

При организации мониторинга на территориях нефтегазопромыслов в качестве обязательных объектов мониторинга необходимо выделять фоновые территории, в число которых кроме биосферных заповедников, нужно включить и используемые в сельском хозяйстве земли или земли, находящиеся под антропогенным прессом, которые в перспективе планируется вывести из-под техногенного воздействия, или оно будет минимальным. Исследование аналогов почв и ландшафтов, не испытывающих на себе антропогенный пресс, позволит определить направленность почвенных процессов, уровень воздействия техногенеза и позволит оценить экологическое состояние экосистем.

Все технологические объекты нефтяной и газовой промышленности являются мощными источниками воздействия на различные компоненты экосистемы. При этом загрязнение нефтью и нефтепродуктами является наиболее распространенным фактором воздействия на окружающую среду. В практике экологического мониторинга загрязненных нефтью территорий используются различные показатели для оценки степени воздействия и скорости самоочищения экосистем и почв по изменению: состояния растительности, численности, биомассы и видового состава различных групп почвообитающих беспозвоночных животных, общей биомассы, группового состава и уровня метаболической активности почвенного микробоценоза. Наиболее точными индикаторами нефтяного загрязнения в почве являются микроорганизмы.

Установлено, что биодеградация нефти в почвах происходит в три этапа. Первый длится 1-1,5 года. В первые дни после нефтяного загрязнения почвенная биота значительно подавлена. Затем численность определенных групп микроорганизмов, в частности углеводородокисляющих бактерий, повышается. Максимальное их содержание приходится на первые полгода после загрязнения и остается выше фоновых значений почти 2 года. В состав пионерного нефтеокисляющего биоценоза наряду с углеводородокисляющими бактериями входят некоторые группы грибов и цианобактерии. Второй этап длится 3-4 года. Доминирующее положение в комплексе почвенных микроорганизмов на этом этапе занимают актиномицеты и микроскопические грибы. Происходит увеличение общей численности различных групп микроорганизмов, в особенности грибов, актиномицетов, споровых и неспоровых бактерий.

Начало третьего этапа определяется по исчезновению в остаточной нефти исходных и вторичных парафиновых углеводородов. В это время в почве продолжают оставаться полициклические ароматические углеводороды (ПАУ), характеризующиеся стойкостью к микробиологическому расщеплению. Необходимо отметить, что длительность процесса разрушения и нейтрализации нефти и нефтепродуктов зависит от климатических условий и количества разлитой нефти (4, 5).

Наши исследования показали, что предельно допустимые концентрации для загрязняющих веществ не всегда соответствуют их природному содержанию в почвах, и при экологической оценке их концентрации дополнительно производится коррекция по фитотоксичности (6). Исследовать фитотоксичность необходимо с учетом региональных особенностей.

Разработка теоретических и практических основ экологического мониторинга территорий нефтегазопромыслов позволяет выявить экологические функции почв и ландшафтов и организовать мониторинг техногенных земель, а также разработать мелиоративные приемы по оптимизации природопользования.

1. Глазовская М.А. Почвенно-геохимическое картографирование для оценки экологической устойчивости среды.// Почвоведение.- 1992, N6.- с.5-14.

2. Устинов М.Т. Бассейновый принцип мелиоративной оценки почвенного покрова (на примере р. Карасук): Автореф. Дисс. … канд. Биол. наук.- Новосибирск, 1990.- 23 с.

3. Положение о водоохранных зонах водных объектов и их прибрежных защитных полосах. Утверждено постановлением Правительства РФ от 23 ноября 1996 года, N1404.

4. Экология Ханты-Мансийского Автономного округа./ Под ред. В.В. Плотникова - Тюмень: Софт Дизайн, - 1997, - 228 с.

5. Чижов Б.Е. Лес и нефть Ханты-Мансийского Автономного Округа. - Тюмень: изд-во Ю. Мандрики, - 1998, - 144 с.

6. А. Кабата-Пендиас, Х. Пендиас Микроэлементы в почвах и растениях М.: Мир, 1989.