Оценка экологических рисков при загрязнении болот и их рекультивации

Ю.А.Вершинин

— кандидат биологических наук, директор по развитию и научно-техническому обеспечению Сибирского научно-исследовательского и проектного института рационального природопользования

А. А. Зубайдуллин

— главный менеджер проекта Сибирского научно-исследовательского и проектного института рационального природопользования

ОЦЕНКА ЭКОЛОГИЧЕСКИХ РИСКОВ ПРИ ЗАГРЯЗНЕНИИ БОЛОТ И ИХ РЕКУЛЬТИВАЦИИ

АННОТАЦИЯ. Сибирский научно-исследовательский и проектный институт рационального природопользования совместно с институтом экологии Швеции по гранту Евросоюза разрабатывает проект «Управление экологическими рисками при загрязнении болот». В рамках проекта рассматриваются основные проблемы в области нормативного и методического обеспечения, технологии проведения рекультивационных работ на нефтезагрязненных и засоленных землях в ХМАО—Югре. Предлагаются методологические подходы решения существующих проблем на основе ведущего европейского и отечественного опыта.

Owing to the Commission of the European Communities grant, the Siberian Research and Engineering Institute of Rational Nature Management together with the Swedish Environmental Research Institute is working out Environmental Risk Management for Contaminated Marsh Land in Khanty-Mansiysk («EnRiMa ConMa») project. Important problems of regulatory and methodological support as well as recultivation technology for oil contaminated and saline lands in Khanty-Mansiysk region have been handled within the framework of the project. Methodological approaches to the solution of the present-day problems are proposed on the basis of the European and domestic experience.

СибНИПИРП совместно с институтом экологии Швеции по гранту Евросоюза разрабатывает проект «Управление экологическими рисками при загрязнении болот». Анализ материалов научных исследований, проведенных на территории ХМАО—Югры, опыта европейских государств и частных компаний по управлению экологическими рисками позволил сделать вывод об отсутствии у нас современной системы оценки экологических рисков при загрязнении болот нефтью и их реабилитации.

ХМАО—Югра занимает первое место в РФ не только по добыче нефти, но и по количе -ству аварий на трубопроводах. Анализ официальных данных по аварийности в системе нефтесбора на территории Ханты-Мансийского автономного округа за 14 лет показывает, что в среднем за год происходит от 1600 до 2000 аварий.

При инвентаризации загрязненных нефтью земель на месторождениях восточной части округа специалистами ООО «СибНИПИРП» обследовано 8417 участков общей площадью 4417 га. На этих месторождениях основные площади загрязнения обнаружены на болотах (86%) и техногенных грунтах (12%), представляющих собой отсыпки песка на болотах под технологические площадки для добычи и подготовки нефти. Наибольшее количество участков загрязнено в слабой степени, но это преимущественно мелкие участки, и их доля в общей площади загрязнения вдвое ниже, чем доля участков со средней степенью загрязнения. Данные по глубине загрязнения почвы нефтью таковы: на 95% участков глубина загрязнения не превышает 15 см.

При эксплуатации большинства месторождений для поддержания пластового давления в целях повышения нефтеотдачи в нефтеносные пласты закачиваются огромные объемы минерализованных вод, и из скважин добывают не нефть, а так называемую «нефтесодержащую жидкость». В связи с этим, по официальным данным, из общего объема попадающих при авариях на рельеф загрязняющих веществ на долю нефти приходится 3—5%, а остальное — на пластовые воды.

Общая минерализация извлекаемых из скважин пластовых вод составляет 20—30 г солей на 1 л. Наибольшую экологическую опасность для биоценозов представляют хлориды в связи с их высокой подвижностью и токсичностью. Если нефть не проникает в почву глубже уровня залегания грунтовых вод, то хлориды загрязняют всю торфяную залежь, легко мигрируют на сопредельные территории, обладают многократно более сильным токсическим действием, чем нефть. Площадь загрязнения, за исключением крупных аварий на водоводах, обычно оценивают по площади нефтяного пятна, игнорируя солевое загрязнение. На дренированных суходольных землях соли вымываются за 1—2 года; на болотах, особенно бессточных, при слабом внутриболотном стоке, они могут оставаться основным токсикантом в течение десятков лет после ликвидации нефтяного загрязнения.

Следует отметить, что нормативная база по оценке нефтяного загрязнения как в целом по России, так и в ХМАО—Югре разработана крайне слабо. Для оценки экологических рисков необходимо иметь четкие критерии по содержанию нефти и ее компонентов в почве, причем дифференцированно в зависимости от положения загрязненного участка на рельефе, статуса земель и срока давности разливов. Научных данных по этим вопросам достаточно много, но они разрозненны, часто противоречивы, не закреплены в должной мере нормативными документами и, в связи с этим, не могут быть использованы в качестве объективных критериев оценки экологических рисков.

В 2004 г. Правительством ХМАО был утвержден региональный норматив «Допустимое остаточное содержание нефти и нефтепродуктов в почвах после проведения рекультива-ционных и иных восстановительных работ на территории Ханты-Мансийского автономного округа — Югры», в котором допустимое остаточное содержание нефти в почве дифференцировано в зависимости от направления использования земель, типа и свойств почвы.

Принятие регионального норматива — это, несомненно, шаг вперед, но, как показала практика, эта мера применима главным образом для свежих разливов нефти, а на многих месторождениях преобладают старые (более 2—3 лет после аварии) разливы. Известно, что через 2—3 месяца после разлива испаряются все легкие фракции нефти с температурой кипения более 100о, через 2—3 года — фракции нефти с температурой кипения более 300о, и в почве остаются тяжелые малотоксичные фракции (парафины, асфальтены, смолы). По нашим данным, водные вытяжки из образцов торфа, взятых с разливов давностью 1—2 года, оказывали на растения овса стимулирующее действие; ингибирование ростовых процессов зафиксировано только при высоком содержании в почве хлоридов.

Стремясь снизить содержание нефти в почве до допустимых уровней, разработанных для свежих разливов, специалисты по рекультивации вынуждены на старых разливах проводить многократные обработки почвы, вносить огромные количества минеральных удобрений. Есть все основания полагать, что такая рекультивация наносит окружающей среде, особенно болотам, больше вреда, чем остаточное высокое содержание в почве малотоксичных фракций нефти.

Для снижения экологических рисков необходим более тонкий, дифференцированный подход к каждому загрязненному участку, в частности, учет фракционного состава остаточной нефти в почве и его месторасположения. В настоящее время мы не имеем такой возможности, поскольку все аттестованные методы определения нефти в почве рассчитаны на определение ее суммарного количества (гравиметрия, спектрометрия).

В РФ Нормативов предельно допустимого содержания хлоридов в почве нет, исследований по влиянию хлоридного засоления на болотные ценозы, рекультивации засоленных болот практически не проводилось, нет экспериментальной базы для нормирования засоления и определения экологических рисков.

В настоящее время в практике рекультивации загрязненных земель главной целью является снижение содержания нефти в почве любой ценой до требований регионального

норматива. В погоне за цифрой забывается основная цель рекультивации — восстановление нарушенных разливом нефти биоценозов, а также основной принцип рекультивации — «не навреди».

В ХМАО—Югре в основу рекультивации загрязненных нефтью земель положен метод очистки на месте разлива, основывающийся на способности наземных биогеоценозов к самоочищению почв (за счет испарения, вымывания, деструкции нефти под воздействием атмосферного кислорода, солнечной радиации, биодеградации) и к последующему восстановлению своих биоценотических характеристик.

Суть выполняемых рекультивационных работ состоит в ускорении процессов естественного самоочищения почв, в максимальной мобилизации внутренних ресурсов биогеоценозов на восстановление своих первоначальных функций при помощи комплекса различных агротехнических и агрохимических мероприятий.

Почвенно-климатические условия округа крайне неблагоприятны для биодеструкции нефти, избыточное увлажнение почв, в первую очередь болотных, с одной стороны, ограничивает глубину проникновения нефти, но с другой стороны, создает массу сложностей технического и агробиологического характера при проведении рекультивации.

Рекомендуемые для округа агробиологические мероприятия предполагают очень активное воздействие на рекультивируемую поверхность: промывку участка, многократное фрезерование почвы, создание искусственного микрорельефа из чередующихся гряд и канав, внесение больших количеств минеральных удобрений, раскислителей. На минеральных дренированных почвах эти технологии работают неплохо, на низинных и переходных болотах — с переменным успехом, но на верховых олиготрофных болотах они в большинстве случаев малоэффективны.

По данным наших наблюдений, динамики восстановительных процессов на нефтезаг-рязненных участках, рекультивированных традиционными способами, через 5, 12, 21 год после аварийного разлива нефти на обследованных участках вместо доминирующих со-сново-кустарничково-сфагновых сформировались пушициево-сфагновые (осоковые) растительные сообщества.

Снижение содержания нефти в торфе в процессе самовосстановления болот идет значительно медленнее, чем на лесных минеральных почвах (коэффициенты корреляции с давностью разлива соответственно 0,22 и 0,65), положительно влияет на восстановление травяного и кустарничкового покрова (коэффициент корреляции 0,95), но слабее — на зарастание участков мхами и лишайниками (коэффициент корреляции 0,55).

Через два года после проведения рекультивации нефтезагрязненного участка верхового болота с применением традиционной технологии, основанной на фрезеровании торфяной залежи, общее проективное покрытие участка травами оказалось меньше в 13,7 раз, чем на незагрязненном участке, мхи и лишайники отсутствовали. Через семь лет проективное покрытие рекультивированного участка травами было в 5,2 раза меньше, мхами и лишайниками — в 53,4 раза меньше по сравнению с незагрязненными участками. Видовой состав трав на рекультивированном участке был в 2,5—3,2 раза беднее; отмечено практически полное изменение видового состава после рекультивации с преобладанием растений, устойчивых к анаэробным условиям.

Сопоставление результатов обследований самовосстанавливающихся после разливов нефти и рекультивированных с применением традиционных технологий участков болот позволяет сделать вывод о том, что на многих участках восстановление биоценозов происходит успешнее без проведения рекультивационных работ; необходимо только создать условия для их самовосстановления (удалить пленку нефти, битумизированную корочку для возобновления воздухообмена).

По мнению специалистов-болотоведов, фрезерование поверхности болот на глубину до 25 см приводит к разрушению торфогенного слоя залежи, то есть к уничтожению оставшейся наземной части растений, корнеобитаемого слоя, состоящего из развитой подземной части растений, к гибели микрофлоры, к распространению загрязнения в глубь залежи. К тому же, с позиций физики и химии торфа, фрезерование неосушенных, сильнооб-водненных, малоразложившихся слоев торфа не приведет к улучшению водно-воздушного режима торфа в верхнем слое. Влага в торфе является энергетически связанной, перевод торфяной системы в трехфазное состояние требует осушения торфяной залежи. Практическое осуществление фрезерования связано с созданием осушительных систем, коренным образом изменяющих естественное состояние объекта рекультивации. Применение машинной техники на фрезеровании является источником дополнительного воздействия на поверхность рекультивируемых участков.

При фрезеровании разрушается деятельный слой залежи, в котором происходят процессы массо- и энергообмена с окружающей средой. Сформированный из корней кустарничков и очеса мхов, деятельный слой в естественном состоянии обладает способностью набухать при увлажнении, тем самым сбрасывая избыток влаги, и сжиматься при иссушении, за счет чего корни растений соприкасаются с более влажными нижними слоями торфяной залежи. После фрезерования и передвижения тяжелой техники верхняя часть торфяной залежи фактически лишается способности к саморегуляции водно-воздушного режима. Следствием этого является чрезвычайно сильная зависимость свойств верхней части торфяной залежи от погодных условий: при выпадении осадков наблюдается быстрое затопление участка, а при их отсутствии — быстрое иссушение, т. е. создается контрастный водно-воздушный режим, неблагоприятный для микроорганизмов-биодеструкторов нефти и растений-мелиорантов.

Нефтяное загрязнение отличается от многих других антропогенных воздействий тем, что дает не постепенную, а, как правило, «залповую» нагрузку на окружающую среду, вызывая быструю ответную реакцию. При оценке последствий такого загрязнения не всегда можно сказать, вернется ли экосистема к устойчивому состоянию или будет необратимо деградировать. Во всех мероприятиях, связанных с ликвидацией последствий загрязнения, с восстановлением нарушенных земель, необходимо исходить из главного принципа: не нанести экосистеме больший вред, чем тот, который уже был нанесен при загрязнении.

Концепция восстановления загрязненных экосистем должна опираться на этот принцип. Ее суть — максимальная мобилизация внутренних ресурсов экосистемы на восстановление своих первоначальных функций. Самовосстановление экосистемы и рекультивация представляют собой непрерывный биогеохимический процесс. Рекультивация — это продолжение (ускорение) процесса самоочищения, при котором используются природные резервы экосистемы: климатические, микробиологические, ландшафтно-геохимические.

Болотный ценоз является достаточно сложной самоорганизованной системой, функциональные особенности которой сложились на протяжении веков. Отдельные слои торфяных залежей в зависимости от их расположения по глубине обладают характерными особенностями. Верхний слой торфяной залежи пронизан корнями деревьев, кустарников, трав, в результате чего образуется прочный переплетенный каркас, обусловливающий несущую способность болота. Торфяные залежи весьма богаты микроорганизмами, но в сибирских торфяно-болотных почвах, как правило, наблюдается резкое снижение количества микроорганизмов, начиная с глубины 10 см. В почвенных горизонтах ниже 30 см число бактерий и актиномицетов составляет лишь около 1% их содержания в верхнем горизонте. Фрезерование разрушает сложившуюся структуру торфяной залежи, останавливает процесс торфообразования и затягивает самовосстановление болотного биоценоза на годы.

Технология проведения реабилитационных работ на загрязненных нефтью болотных ландшафтах должна основываться на мягких технологиях, не затрагивающих основной биопродуцирующий торфогенный слой. К таким технологиям может относиться предлагаемая и уже прошедшая определенный уровень апробации технология засыпки загрязненных болот биологически- и сорбционно-активным дисперсным торфом.

Вытягивая из загрязненного торфогенного слоя практически половину загрязнителя, в деструктивный процесс включается нанесенный биологически- и сорбционно-активный материал, что в конечном итоге и приводит к росту деструктивной активности системы «торфогенный слой — нефть — дисперсный торф» в целом. Положительным эффектом в данном случае является и то, что активный биопродуцирующий слой торфяной залежи, а именно торфогенный слой, как минимум в два раза освобождается от техногенной нагрузки и способен продолжать продуцировать растительную массу.

Специалистами СибНИПИРП были заложены стационарные опытные площадки (рис. 5—6) с целью изучения сравнительной эффективности технологий рекультивации загрязненных нефтью болот. Исследования проводились в течение 2005—2007 гг. на грядово-мочажинном торфяном болоте (уровень грунтовых вод — 10—15 см). В частности, сравниваются традиционные технологии с применением фрезерования торфяной залежи и разрабатываемые нами щадящие технологии с торфованием залежи. При нормированном (10 л/м2) загрязнении нефтью на контрольной площадке основная масса нефти была сосредоточена в слое 5—10 см, при фрезеровании торфяной залежи нефть распределялась на всю глубину обработки почвы (до 40 см); при торфовании, также как и на контроле, на глубине 5—10 см, но под 15—20 см слоем сухой торфокрошки. На контрольных площадках легкие фракции нефти могли испаряться с поверхности разлива, в то время как при торфовании нефть активно сорбировалась торфокрошкой.

Резюмируя результаты экологической оценки технологий рекультивации загрязненных нефтью олиготрофных болот, можно сделать вывод о том, что используемые в настоящее время в ХМАО—Югре технологии ориентированы на снижение содержания нефти до нормативных уровней, что в большинстве случаев достигается, но, как правило, применяемые при этом воздействия на экосистему не адекватны степени нарушения ценозов и не обеспечивают достижения главной цели рекультивации — их восстановления.