Анализ биоиндикационных свойств сосны сибирской для оценки воздействия факельного сжигания попутного газа на природную среду

ВЕСТНИК ЮГОРСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО УНИВЕРСИТЕТА

2006 г. Выпуск 4. С. 87-92

УДК 528.88

АНАЛИЗ БИОИНДИКАЦИОННЫХ СВОЙСТВ СОСНЫ СИБИРСКОЙ ДЛЯ ОЦЕНКИ ВОЗДЕЙСТВИЯ ФАКЕЛЬНОГО СЖИГАНИЯ ПОПУТНОГО ГАЗА НА ПРИРОДНУЮ СРЕДУ

Ю.М. Полищук, Н.В. Кокорина, А.М. Касаткин

Одним из наиболее существенных факторов техногенного воздействия на природную среду в нефтедобывающих регионах Западной Сибири является загрязнение атмосферы. Наибольшее количество загрязняющих веществ, выбрасываемых в атмосферу на нефтедобывающих территориях в Западной Сибири, приходится на долю факельных установок, используемых на нефтяных месторождениях для сжигания опасного для биоты попутного нефтяного газа. Известно [1], что на 1 т сгоревшего в факеле природного газа приходится в среднем 50-70 кг выбросов различных вредных веществ в зависимости от физико-химических свойств и состава попутного газа. Факелы на нефтяных месторождениях являются источниками хронического многолетнего загрязнения атмосферы на обширных территориях. При длительном функционировании факелов вокруг них формируются обширные зоны аэрозольного и химического загрязнения [2]. Современная практика оценки воздействий техногенного загрязнения атмосферы на природную среду основана на использовании санитарно-гигиенических нормативов [3]. Однако такой формальный подход к оценке воздействий на окружающую среду с ее совокупным биоразнообразием, не учитывающий реакцию биоты на загрязнение окружающей среды, не является обоснованным.

Представляет несомненный интерес выявление биоиндикационных свойств живых организмов для оценки воздействия загрязнения атмосферы на природную среду. Поэтому изучение биологических последствий воздействия атмосферного загрязнения в результате факельного сжигания попутного газа является важной задачей междисциплинарных исследований воздействия нефтедобычи на состояние лесных и лесоболотных экосистем в нефтедобывающих районах. В связи с этим целью работы явилось исследование воздействия факельных выбросов на темнохвойные породы деревьев на примере сосны сибирской.

Объектом исследований явились фитоценозы в зоне воздействия выбросов от факельных установок по сжиганию попутного нефтяного газа, расположенных на левом берегу р. Обь на территории Приобского нефтяного месторождения. В составе фитоценозов здесь преобладают темнохвойные породы деревьев (кедр, ель, пихта), мелколиственные породы представлены осиной и березой. В травянистом ярусе доминируют черника, брусника, кислица, майник, сфагновые и зеленые мхи. На исследуемой территории находятся два мощных факела, которые выбрасывают в атмосферу в огромных объемах сажу, оксиды азота и углерода и большое число углеводородов.

На рис. 1 приведен фрагмент космического снимка Landsat-7 (пространственное разрешение 30 м) участка территории Приобского месторождения нефти. На рис.1 красными кружочками обозначены места расположения факелов - Ф1 и Ф2. Отрезок АБ отображает трансекту, на которой с определенными интервалами были заложены пять ключевых участков (КУ), находящихся на различных расстояниях от факелов. При закладке КУ учитывались климатические характеристики района (преобладание ветров западного направления в вегетационный период), эколого-ценотические условия, а также другие факторы. Для исключения влияния автотранспорта, движущегося по автотрассе Ханты- Мансийск - Тюмень, все КУ были удалены от автодороги на расстояние не менее 0,5 км. Расстояние от факела Ф1 до ближайшей КУ в точке А составляло 3,5 км.

В качестве тест-объектов для оценки влияния выбросов от установок по сжиганию попутного газа выбрана сосна сибирская (кедр) Pinus sibirica Du Tour. Этот вид является преобладающим в древостоях центральной части Западной Сибири [4]. Для подзоны средней

тайги группа елово-кедровых лесов является коренной на плакорах [5]. Кроме того, представители родов Ртт характеризуются высокой чувствительностью к различного рода загрязнениям атмосферы, почвы, грунтовых вод и могут использоваться в исследованиях практически круглый год. __

£Шщт

Рис. 1. Космический снимок участка территории Приобского месторождения

К числу наиболее часто используемых биоиндикационных показателей растений относятся характеристики, определяющие рост, состояние и продуктивность лесных насаждений. Для оценки состояния древостоев, по данным Европейского экономического совета, в Австрии используются такие показатели, как число хвоинок на побеге, длина и цвет хвои, степень дефолиации, длина главного побега, масса хвои и др.; в Канаде и Дании - степень потери хвои и классификация древостоев по их состоянию; в Финляндии - возраст хвои, протяженность живой кроны, цвет хвои и т.п. Таким образом, в европейской практике основное внимание обращается на крону дерева, ее развитие и состояние хвои. В связи с изложенным в нашей работе в качестве основных биоиндикационных показателей для оценки состояния лесных насаждений нами были выбраны следующие показатели: степень дефолиации кроны, масса и длина хвои, степень охвоенности побегов.

Степень дефолиации определялась визуально по методике, описанной в [6]. При этом на каждом КУ производился осмотр деревьев и присваивался индекс от 1 (степень дефолиации кроны 0-10%) до 5 (сухостой). По результатам оценки степени дефолиации кроны производился расчет показателя состояния древостоя по методике, предложенной В.М. Сюткиным [7]:

1 х В2 + 2 х В3 + 3 х В4 + 4 х В5 , гл\

Р =-----2-------3------4------ з х 100>0,

5 х

где В1, В2,..., В5 - соответственно количество деревьев на пробной площади, имеющих одинаковый индекс.

Для исследования влияния атмосферного загрязнения на массу хвои использовалась методика [8], в соответствии с которой из средней части кроны деревьев отбираются боковые побеги второго порядка, после чего производится сбор и определение массы 100 хвоинок прошлого года. Для оценки охвоенности побегов была применена методика, описанная в [9], согласно которой с побегов второго или третьего порядков производится сбор и определение массы однолетней хвои. Затем вычисляется значение массы хвои на единицу длины побега.

Для исследования влияния атмосферного загрязнения на длину хвои использовалась методика [10], которая предполагает отбор и измерение длины 100 хвоинок прошлого года с выбранных деревьев кедра на всех КУ.

Проведенные исследования выявили зависимость массы хвои Pinus sibirica Du Tour от расстояния до факела - с удалением от факелов масса хвои сосны сибирской в среднем уменьшается.

Зависимость показателя состояния древостоев (F), рассчитанного по формуле (1), от расстояния до источника загрязнения (L) представлена на рис. 2.

F, %

Из рисунка видно, что по мере приближения к источнику загрязнения наблюдается увеличение степени дефолиации крон, отмечается заметное ухудшение состояния древостоев. Заметим, что сходные результаты были получены [11] при оценке влияния загрязнения среды тяжелыми металлами с использованием в качестве тест-объекта сосны обыкновенной Р1-пт $уЬе$1т1$ Ь.

Результаты исследования степени охвоенности побегов для сосны сибирской представлены в таблице 1.

Таблица 1

____________Степень охвоенности побегов сосны сибирской________________

Расстояние до факела, км

4,0 4,5 5,5 6,0

Степень охвоенности (r), г/см 1,04±0,07 1,05±0,06 0,87±0,06 1,02±0,05

На основе данных таблицы 1 был построен график зависимости степени охвоенности от расстояния до факела, который приведен на рис. 3. Из графика видно, что масса на побегах кедра уменьшается с удалением от факельных установок.

Рис. 3. Зависимость степени охвоенности кедра сибирского от расстояния до факела

В рамках работы принята гипотеза [12] о том, что в условиях техногенного загрязнения происходит изменение формы кривой закона распределения длины хвои (частот встречаемости). По результатам наших исследований были построены вариационные ряды значений длины хвои Pinus sibirica Du Tour для каждого КУ, на основе анализа которых были определены указанные классы, представленные в табл. 2 с указанием соответствующих им диапазонов изменений длины хвои.

В связи с тем, что на хвою действует большое число разнообразных по происхождению факторов, можно предполагать, что распределение длины хвои будет иметь нормальное распределение. Из рис. 4 видно, что графики эмпирического распределения длины хвои для разных КУ достаточно близки к кривой нормального распределения, показанной на графике сплошной линией.

Таблица 2

__________ Распределение хвои по классам__________________

№ класса Диапазон значений

P. sibirica

1 5,0-5,9

2 6,0-6,9

3 7,0-7,9

4 8,0-8,9

5 9,0-9,9

6 10,0-10,9

7 11,0-11,9

8 12,0-12,9

9 13,0-13,9

10 14,0-14,9

01 23456789 10 11

Класс хвои

> " 3,5 км -А-4.0 км — -+ — 4,5 км — -Ж-5,5 км * - ♦ * "6,0 км НОРМ

Рис. 4. Графическое изображение вариационного ряда длины хвои P. sibirica Du Tour для КУ 3,5 км, 4,0 км, 4,5 км, 5,5 км, 6,0 км и кривая нормального распределения

В.Ф. Цветков и В.В. Никонов [13] установили колебания коэффициента варьирования длины одновозрастных хвоинок по насаждению сосны обыкновенной в пределах 17-27 %. Согласно проведенным нами статистическим оценкам коэффициент вариации длины хвои сосны сибирской по насаждению невелик и изменяется в пределах от 9,7 до 14,3 %.

Биомониторинг воздействия факторов нефтедобычи позволяет получить интегральную оценку последствий влияния комплекса загрязняющих веществ на природную среду. Однако известные биоиндикационные критерии различаются степенью информативности, трудоемкостью и широтой использования, в связи с чем возникает необходимость поиска новых биоиндикаторов, позволяющих комплексно оценить воздействие химических загрязняющих веществ, выбрасываемых в атмосферу при сжигании попутного газа на нефтяных месторождениях.

В ходе проведенных исследований проанализированы методические вопросы фитоиндикации по темнохвойным породам деревьев и опробовано несколько известных методик с применением различных биоиндикационных показателей (степень дефолиации, охвоенность, масса хвои, длина хвои). В результате выполненной работы определена совокупность биоин-дикационных признаков сосны сибирской для оценки влияния выбросов на природную среду. Получены данные о характере изменения различных биоиндикационных показателей в зависимости от расстояния до факела. Изложенные в статье результаты являются предварительными, что требует проведения дальнейших исследований уточнения и, в частности, сопоставления с данными других исследователей.

Результаты работы могут быть использованы в системе локального мониторинга состояния окружающей среды на территории действия факелов, устанавливаемых на нефтяных месторождениях для сжигания попутного газа, при оценке состояния лесов и для решения других задач рационального природопользования в нефтедобывающих регионах.

Большую помощь в проведении работы оказали студенты факультета природопользования А. Горлов и К. Валегжанина, которым авторы выражают свою признательность.

Данная работа выполнена при финансовой поддержке из средств комплексного проекта 2005-РИ-00.0/009/202 «Разработка комплексной технологии поиска и разведки углеводородов в сложно построенных, глубокозалегающих месторождениях» в рамках федеральной целевой научно-технической программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития науки и техники» на 2002-2006 годы в соответствии с государственным контрактом № 02.467.11.7008 от 10.11.2005 г. между Югорским научноисследовательским институтом информационных технологий и Федеральным агентством по науке и инновациям Российской федерации и договором №05-427-ЮГУ

ЛИТЕРАТУРА

1. Реморов В.В., Сидоренко Т.Н., Бушковский А.Л. Основные факторы техногенного нарушения окружающей среды в нефтедобывающих районах Томской области // Нефтяное хозяйство, 1996. - № 11. - С. 90- 91.

2. Ерохин Г.Н., Копылов В.Н., Полищук Ю.М., Токарева О.С. Информационно-космические технологии в задачах экологического анализа воздействий нефтедобычи на природную среду. - Новосибирск: ГПНТБ СО РАН, 2003. - 98 с.

3. Гриценко А.И., Акопова Г.С., Максимов В.М. Экология. Нефть и Газ. - М.: Наука, 1997. -598 с.

4. Экология Ханты-Мансийского автономного округа. / Под редакцией В.В. Плотникова. -Тюмень: СофтДизайн, 1997. - 288 с.

5. Лапшина Е.Д. Флора болот юго-востока Западной Сибири. - Томск: Изд-во Томск. ун-та, 2003. - 296 с.

6. Алексеев В.А. Особенности описания древостоев в условиях атмосферного загрязнения // В кн.: Взаимодействие лесных экосистем и атмосферных загрязнений. Ч. 1. - Таллинн: 1982. - С. 97-115.

7. Экология родного края / Под ред. Т.Я. Ашихминой. - Киров: Вятка, 1996. - 720 с.

8. Николаевский В.С., Баканов А.В. Биоиндикация загрязнения атмосферного воздуха Сергиево-Посадского района Московской области // Экология, мониторинг и рациональное природопользование. Научн. тр. - Вып.268. - М.: МГУЛ, 1994. - 176 с.

9. Аугустайтис А.А., Мастаускис М.М., Сидаравичюс И.М. Влияние атмосферного загрязнения и насекомых на продуктивность и жизнеспособность сосняков в зоне влияния комбината азотных удобрений // В кн.: Биомониторинг лесных экосистем. - Каунас: 1987. -

С. 228-235.

10. Ярмишко В.Т. Сосна обыкновенная и атмосферное загрязнение на Европейском Севере. -СПб: Изд. НИИ химии С.-Петерб. гос. ун-та, 1997. - 210 с.

11. Черненькова Т.В., Макаров А.В. Рост сосны обыкновенной в окрестностях металлургического комбината «Североникель» // Лесоведение, 1996. - № 5. - С. 72-76.

12. Кокорина Н.В., Касаткин А.М. Влияние факелов для сжигания попутного газа на морфометрические показатели Pinus sibirica Du Tour и Picea obovata L. // Биоресурсы и природопользование в ХМАО: Матер. открытой окружной конф. в рамках акции «Спасти и сохранить». - Сургут: Изд-во СурГУ, 2006. - С. 91-93.

13. Цветков В.Ф., Никонов В.В. Структура и запасы фитомассы хвои в сосновых молодняках Кольского полуострова // Лесоведение, 1985. - № 1. - С. 32-39.