Влияние высокоминерализованных вод на почвенно-растительный покров в районах нефтедобычи
ВЕСТНИК ТОМСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО УНИВЕРСИТЕТА
№ 306 Январь 2008
БИОЛОГИЯ
УДК 502.662.2
А.Е. Березин, В.А. Базанов, Т.А. Минеева, Л.А. Березина
ВЛИЯНИЕ ВЫСОКОМИНЕРАЛИЗОВАННЫХ ВОД НА ПОЧВЕННО-РАСТИТЕЛЬНЫЙ ПОКРОВ В РАЙОНАХ НЕФТЕДОБЫЧИ
Проведен анализ влияния высокоминерализованных вод на почвенно-растительный покров в районах нефтедобычи. Выделено пять типов природной среды, земли которых нуждаются в реабилитации. Предложен минимальный набор мероприятий по реабилитации нарушенных земель с учетом природной специфики района.
На территории нефтяных месторождениях Западной Сибири имеются значительные по площади участки земель, нарушенные в разные годы при разливе высокоминерализованных вод. Наиболее сильное отрицательное воздействие загрязнения испытывают территории верховых и переходных болот. В ландшафтах с минеральными почвами отрицательные последствия загрязнения высокоминерализованными водами носят менее катастрофический характер и чаще связаны не только с солевым загрязнением, но и с нарушением гидрологического режима (подтопление) [1].
В задачи данного исследования входило: 1) определение способов выявления участков нарушенных земель (визуальное обследование наземным способом, по фондовым отчетам компании, использование дистанционных методов аэро- и космосъемки); 2) оценка формы и направления распространения загрязнения в различных типах ландшафтов; 3) выявление масштабов воздействия и характеристика состояния нарушенных земель; 4) анализ процесса восстановления почвенно-растительного покрова нарушенных участков и разработка рекомендаций по содействию восстановлению природных режимов нарушенных территорий.
Чаще всего загрязнение почвенно-растительного покрова высокоминерализованными водами происходит в результате разлива подтоварной воды, а также воды, используемой в системе поддержания пластового давления (ППД). Наибольшую потенциальную опасность для окружающей среды представляют водоводы высокого и низкого давления. Большинство аварий происходит из-за коррозии на водоводах высокого давления, подтоварная вода и сеноманская жидкость обладают наиболее агрессивными химическими свойствами, существенно увеличивающими коррозионный износ.
Подземные воды апт-альб-сеноманского комплекса относятся к хлоридно-натриевому или хлоридно-гидрокарбонатному натриевому типам (с минерализацией 6,5-20,3 г/л). В катионном составе этих вод доминирующее положение занимает Na , составляя до 7,1 г/л. Среди анионов преобладает Cl-, концентрации которого достигают 11,7 г/л. Термобарические условия рассматриваемого комплекса изменяются значительно. Так, температура подземных вод возрастает с глубиной от 25 до 58°С, а пластовые давления от 8,5 до 17,0 МПа.
Засоление почв (salinity of soils) — процесс накопления в почвах солей (чаще хлоридов и сульфатов натрия, кальция и магния, карбоната и нитрата калия), приводя-
щий к образованию солонцеватых и солончаковых почв. Повышение концентрации солей в почве в конечном итоге делает невозможным рост растений. Засоление может происходить в естественных условиях засушливых районов в результате капиллярного поднятия солоноватых и солёных вод, влияния антропогенных факторов — вследствие излишнего поступления поливной воды и плохой работы водосборной и дренажной сетей в оросительных системах, а также в результате прямого загрязнения солями при разливе высокоминерализованных вод. Засоленными считаются почвы, в которых содержание солей превышает 0,25% по массе.
Естественный процесс засоления обусловлен физико-географическими особенностями территории, обычно такие участки характерны для пустынь и полупустынь. Засоленными могут быть как сухопутные, так и водные местообитания, которые характеризуются повышенным содержанием легкорастворимых солей HCl, H2SO4, H2CO3. В зависимости от состава и количества соотношения солей разных кислот различают следующие типы засоления:
а) хлоридное (среди легкорастворимых солей преобладают соли HCl);
б) сульфатное (преобладают соли H2SO4);
в) содовое (обусловлено солями H2CO3);
г) смешанные типы (обусловлены присутствием солей двух или всех трех кислот).
В экологии растений [2] выделяют несколько типов растений по их устойчивости к засолению. Типичные гликофиты нормально растут и развиваются на незасо-лённых почвах, а при появлении засоления быстро погибают. Галотолерантные гликофиты, оптимум которых располагается в диапазоне незасоленных почв и пресных вод, благодаря некоторой солеустойчивости протоплазмы клеток могут выносить слабое и умеренное засоление. Галофиты — солестойкие растения, они положительно реагируют на засоление до определенного, достаточно высокого предела содержания солей, что проявляется в прогрессивном увеличении их фитомассы, и лишь при дальнейшем усилении засоления накопление фитомассы начинает снижаться. Галофи-тами также называют растения, приспособленные к жизни в засоленных местообитаниях благодаря наличию у них ряда наследственно закрепленных морфологических и физиологических особенностей, возникших в процессе эволюции и проявляющихся в онтогенезе каждого нового поколения.
Солеустойчивость разных видов галофитов сильно различается, и с данной точки зрения иногда их подразделяют на:
а) олигогалофиты (выносят слабое засоление);
б) мезогалофиты (среднесолестойкие растения);
в) гипергалофиты (выносят сильное засоление).
Большинство сухопутных галофитов из высших
растений выносят засоление почв не выше 2-3%. Очень высокой солеустойчивостью характеризуются также бактерии Pseudomonas salinarum и дрожжи De-baryomyces hansenii, ферменты которых сохраняют активность в растворах №С1 при концентрации 20-24%, а у зеленой водоросли Dunaliella salina — до 28-30%.
Засоление приводит к созданию в почве низкого водного потенциала, поэтому поступление воды в растение сильно затруднено. Важнейшей стороной вредного влияния солей является нарушение процессов обмена. В работах физиолога Б.П. Строганова показано, что под влиянием солей в растениях нарушается азотный обмен, что приводит к интенсивному распаду белков, в результате происходит накопление промежуточных продуктов обмена веществ, токсически действующих на растение, таких как аммиак и другие резко ядовитые продукты.
В условиях засоления отмечено образование таких токсичных продуктов, как кадаверин и путресцин, являющихся аналогами трупного яда [3]. На фоне сульфатного засоления накапливаются продукты окисления серосодержащих аминокислот (сульфоксиды и сульфо-ны), которые также являются ядовитыми для растений. Повышенная концентрация солей, особенно хлористых, может действовать как разобщитель процессов окисления и фосфорилирования и тем самым нарушать снабжение растений макроэргическими фосфорными соединениями. Под влиянием солей происходят нарушения ультраструктуры клеток, в частности изменения в структуре хлоропластов (набухание гранул и ламелл).
Надо учесть также, что на засоленных почвах большая концентрация натрия препятствует накоплению других катионов, в том числе и таких необходимых для жизни растения, как калий и кальций.
Часто главной причиной замедления роста растений в условиях засоления является не прямое влияние избытка солей в их тканях, а ослабление способности корней поставлять в побеги необходимые для их роста продукты метаболизма, т.е. замедление поступления питательных элементов из субстрата, угнетение их ме-таболизации в корнях и транспорта в побеги.
Раньше всего отрицательное действие высокой концентрации солей сказывается на корневой системе растений. При этом в корнях страдают наружные клетки, непосредственно соприкасающиеся с раствором соли. Характерной особенностью корневых систем на почвог-рунтах с глубинным засолением является их поверхностное распространение. Внезапное увеличение концентраций NaCl в среде приводит к скачкообразному увеличению ионной проницаемости корневой системы [4]. Корни растений при избытке солей теряют тургор, отмирают и приобретают темную окраску.
Повреждающее действие засоления усиливается при недостаточной обеспеченности растений основными элементами минерального питания, что, по-видимому,
обусловлено угнетением корней. Листья также в значительной мере чувствительны к засолению.
В результате обобщения данных о влиянии высокоминерализованных вод выделены следующие факторы угнетения растений при засолении [5]:
а) затрудненное водоснабжение целого растения вызывает отрицательные изменения в работе механизмов осморегуляции;
б) дисбаланс минерального состава среды, в результате которого происходят нарушения минерального питания растений;
в) стресс на сильное засоление;
г) токсикация.
В настоящее время методы мелиорации засоленных земель разработаны в основном для аридных условий. Сообразно характеру засоления почвы должны быть выбраны и способы борьбы с ним. Эти способы можно разделить на три группы: агротехнические, химические и гидротехнические.
В основе агротехнических способов мелиорации почв лежат следующие приемы:
а) уменьшение испарения воды с поверхности почвы для предупреждения накопления солей в верхнем слое (рыхление почвы, затенение растениями, разбрасывание соломы и т.д.);
б) выравнивание орошаемого участка, т.к. соли всегда появляются на более сухих буграх микрорельефа («вода выживает солонцы на бугры»), и сплошной полив всей поверхности;
в) внесение в почву органического вещества (торф, перегной);
г) разведение растений, мирящихся с большим содержанием солей в почве;
д) механическое удаление поверхностной корки;
е) залужение многолетними травами (житняком, пыреем).
Химические способы борьбы с засолением основаны на прибавлении в улучшаемую почву таких химических веществ, которые:
1) дают с вредными растворимыми солями почвы реакции, в результате которых вредные соли превращаются в нейтральные или нерастворимые в воде соли;
2) повышают способность почвы проводить воду, свертывая илистые суспензии в комки. Наиболее известным является способ улучшения содовых солонцов при помощи обработки их гипсом.
Гипсование замешает цеолитный натрий, за счет которого образуется сода, на кальций, при этом вместе с внесением гипса необходим дренаж для удаления образующегося №28О4. Необходимое количество гипса должно быть в 2-3 раза больше того, которое следует теоретически исходя из содержания №2СО3 в почве, ибо надо заместить кальцием весь цеолитный натрий. Разбросанный гипс запахивается в почву на глубину 810 см, и почва после этого орошается (если нет дождей). Посев производится спустя неделю после обработки почвы гипсом. Орошение после гипсования должно производиться осторожно, т. к. при застое больших количеств воды из нейтральных солей могут легко снова образоваться щелочные солонцы.
Задачи гидротехнических способов борьбы с засолением почв:
1) недопущение поднятия уровня грунтовых вод и образования смычки между просачивающимися вниз оросительными водами и капиллярно поднимающимися вверх грунтовыми (что является основной причиной вторичного засоления);
2) промывку почвы — удаление легкорастворимых солей с целью понизить высокое осмотическое давление почвенного раствора.
Вообще ограничиваться одним способом улучшения засоленных почв редко оказывается возможным и приходится комбинировать различные способы.
Состояние земель, нарушенных при разливе высокоминерализованных вод. Выявления участков загрязнения, видов и масштабов воздействия нами проводилась различными способами: 1) по материалам отчетности нефтяных компаний, фондовым материалам государственных контрольных органов и научных организаций; 2) по материалам дистанционного зондирования (космической съемки разного разрешения), 3) при наземном обследовании территории месторождений.
По материалам космической съемки и наземным обследования проведено определение масштабов загрязнения и вариантов распространения загрязнения в различных условиях. Выявлено, что на верховых и переходных болотах распространение загрязнения имеет преимущественно площадной характер с общим направлением в сторону перемирия болотного массива. При этом «языки» загрязнения выклиниваются в сторону ближайшей дрены (реки, ручьи, овраги). Основная часть загрязнения, по-видимому, остается на территории болотного массива (слабая проточность, высокие сорбирующие свойства торфяного субстрата), затем происходит постепенный вынос солей на окраину болота. Проникновение вглубь почвенного слоя ограничено деятельным горизонтом, загрязнение подземных вод практически исключено.
На участке верхового болота, где никаких работ не проводилось и микрорельеф поверхности изменен слабо (только за счет незначительного уменьшения высоты гряд вследствие ускоренного разложения торфа), естественный сток с территории сохранился. Идет восстановление растительности смешанного типа. На участке верхового болота, где была проведена сплошная перепашка поверхности («рекультивация» по методу рекультивации нефтезагрязненных земель), в результате нарушения естественного микрорельефа изменен поверхностный сток, что уменьшает промывной режим и скорость выноса солей, а также создает условия для произрастания растительности низинных болот.
При разливе высокоминерализованных вод на минеральных почвах тяжелого механического состава загрязнение распространяется по понижениям рельефа, заполняя все западины и концентрируясь по овражной сети. Проникновение загрязнения вглубь почвенного профиля происходит очень медленно, но возможно возникновение вторичных площадных участков загрязнения при выходе стока на плоские участки пойменнодолинного комплекса рек.
Гибель растительности на этих участках происходит как в результате действия солей, так и в значительной степени по причине потопления. На участках, где сброс поверхностных вод происходит достаточно быстро, на
месте погибшей лесной растительности происходит успешное восстановление растительного покрова за счет солевыносливых злаков и сорной растительности.
На минеральных почвах легкого механического состава загрязнение быстро концентрируется в понижениях рельефа и большая часть воды фильтруется в нижележащие слои и уходит с подземным стоком, поэтому площади нарушения почвенно-растительного покрова сравнительно небольшие и имеют выраженную линейную форму.
На низинном болоте загрязнение распространяется фронтально по направлению основного стока от террасы к руслу реки. В результате загрязнения происходит полная гибель растительности (в первую очередь гибнут древесные породы), однако по причине достаточной проточности на низинных долинных болотах и специфических свойств растительности этих местообитаний восстановление части растительного покрова происходит уже в первый год после прекращения поступления загрязняющих вод.
Данные химических анализов показывают, что восстановление растительности происходит часто при очень высоких уровнях загрязнения (более 2 г на литр на низинном болоте), но в большинстве случаев это происходит за счет видов растений, не характерных для исходных растительных сообществ.
Характеристика нарушенных земель. Загрязнение природных ландшафтов высокоминерализованными водами, содержащими значительные количества легкорастворимых солей, сульфатов и других щелочных и щелочно-земельных металлов, приводит к смене режима минерального питания и трансформации этих ландшафтов. Реакция различных видов растений исходной растительности на загрязнение далеко неоднозначна. Так, например, на верховых болотах практически полностью исчезают все виды сфагновых мхов, являющихся основными эдификаторами и доминантами их растительности. Гибнут мелкоразмерные насаждения сосны и кустарнички — багульник, кассандра и др., при этом часть болотных травянистых видов — пушица влагалищная, осока топяная — может сохраняться на торфяных субстратах.
Основной особенностью процесса восстановления растительности является то, что ключевую роль в ее формировании выполняют не местные (аборигенные) виды, а привнесенные из других ландшафтов. Для них характерен семенной способ расселения. В целом имеющиеся данные показывают, что современный растительный покров загрязненных высокоминерализованными водами земель высоко динамичен и неоднороден по строению. Он непрерывно трансформируется в результате сукцессионных изменений, обусловленных как внешними (условия экотопа), так и внутренними причинами.
По происхождению приносные виды разделяются на две группы — из ландшафтов ближайшего окружения и ландшафтов других природных регионов (лесостепной, таежной и других зон). Первая группа включает виды естественной растительности, характерные для прилегающих к оцениваемому объекту ненарушенных хозяйственной деятельностью ландшафтов (лугов поймы р. Оби, низинных болот, суходольных лесов и
др.). Мохообразные на нарушенных участках представлены нешироко, и их фитоценотическая роль в современном растительном покрове несущественна.
Ко второй группе относятся виды синантропной растительности, привнесенные из географически удаленных регионов. Характерной особенностью является их приуроченность к нарушенным экотопам: полям, огородам, залежам, обнажениям субстратов разного механического состава.
Описание этапов восстановления растительности нарушенных участков. Для характеристики нарушения почвенно-растительного покрова и процесса восстановления естественных режимов нами рассмотрены варианты воздействия высокоминерализованных вод на пяти ключевых участках: два участка на верховом болоте (один с проведенной «рекультивацией» и один без таковой), два участка на минеральных почвах с исходной лесной растительностью и один на низинном болоте.
Этапы восстановления растительности на верховом болоте. В год аварии на верховых болотах растительный покров (моховой, кустарничковый и древесный ярусы) обычно погибает полностью (или частично). Если растительность погибает полностью, при масштабных авариях, ее восстановление растягивается на десятки лет.
При менее масштабных авариях наблюдается очаговое распространение участков гибели растительности. В год аварии она гибнет только по понижениям микрорельефа. На кочках, клумбах и других положительных формах микрорельефа исходная растительность полностью не погибает, отмечены увядание листьев березы и хвои сосны, снижение активности роста сфагновых мхов.
На обследованном загрязненном участке (без рекультивации) на 8—9-й год после аварии наблюдается активное восстановление растительного покрова. Около 3040% площади занято куртинами травянистых растений: вейника ложнотростникового и отдельными кочками пушицы влагалищной. Единичными экземплярами представлены чертополох курчавый и другие заносные виды. Около 30% площади участка занимают густые заросли плодоносящей клюквы болотной. Урожай ягоды в год описания на участке был невысок и составил около 40-50 кг на гектаре. Отдельными пятнами (до 10% площади) представлены куртины сфагновых и зеленых мхов: амблистегиум ползучий, брахитециум Штарка, плевроциум Шребера и сфагнум узколистный.
Произрастают здесь и лишайники из рода Клядо-ния. Около 60% площади участка не занято кустарничками, травами и мхами. Поросль же сосны (возраст до 5 лет) равномерно распределяется по всему участку. Плотность поросли невысокая — на 100 м2 насчитывается около 150 экземпляров.
На загрязненных участках после проведения работ по рекультивации «стандартными методами» уничтожаются практически все компоненты исходных экосистем (первичный рельеф, гидрологические условия, очаги сохранившейся исходной растительности и др.). В процессе работ на эти участки вносятся минеральные удобрения, которые ведут к коренным изменениям исходных экологических условий природной среды. Ми-
неральные удобрения для большинства растений верховых болот вредны и не способствуют их восстановлению. Поэтому возвращение к исходным экосистемам на рекультивированных участках растягивается на десятки лет.
В первый год после рекультивации восстановление растительности проходит за счет травянистых растений мелкими очагами на микроповышениях рельефа, преимущественно семенным путем (пушицей влагалищной и полевицей белой).
Через 5-7 лет после рекультивации растительный покров характеризуется высокой неоднородностью по строению и составу слагающих его растительных комбинаций и сообществ. Неоднородность покрова определяется неоднородностью эдафических условий по увлажненности и остаточными содержаниями солей в субстрате. Характерной особенностью восстанавливающейся растительности является преобладание в составе формирующих его растений видов из лесных и луговых сообществ.
В понижениях микрорельефа в условиях избыточного поверхностного обводнения растительность формируют в виде густых зарослей рогоза широколистного и тростника обыкновенного. Заросли обычно густые (проективное покрытие до 100%), высота их достигает 1,2 м. Единичными экземплярами (высотой до 1,5 м) представлены ива и береза.
На повышениях микрорельефа в условиях умеренного увлажнения формируются сообщества, сложенные преимущественно пушицей влагалищной, полевицей белой и единичными куртинами вейников наземного и ложнотростникового. Из кустарников встречаются подбел болотный и клюква болотная. Древесные насаждения представлены единичными экземплярами березы и ивы.
В избыточно увлажненных понижениях микрорельефа формируются густые заросли тростника обыкновенного высотой около 1,5 м. В примеси обычно присутствуют вейник пурпурный, полевица белая и рогоз узколистный. В условиях умеренного увлажнения формируется несколько вариантов по составу доминатов. Наиболее распространенным являются разреженный травостой полевицы белой, мать-и-мачехи и других синантропных видов. Часто встречается смешанный травостой пастбищного облика из клевера ползучего и других низкорослых видов. До 40% площади загрязненных участков часто практически не заростают растительностью. Здесь отдельными экземплярами представлены только заносные виды: осот полевой, клевер луговой, цератодон пурпурный, бодяк обыкновенный, солонечник гаупта, ромашка обрезанная и др. Отдельными экземплярами на таких участках присутствуют виды древесной формы высотой до 1,5 м (из рода ива и береза).
Этапы восстановления растительности на низинном болоте. На низинных болотах в первый год после аварии гибнут практически все компоненты растительности, но их восстановление начинается в этом же году. На 2-3-й год после аварии наблюдается очаговое восстановление растительности. По обводненным понижениям рельефа поселяются влаголюбивые виды (белокрыльник, вахта и т.д.). На повышениях микрорельефа восстановление растительности осуществляется преимущественно за счет травянистых лесных растений
(иван-чай, кипрей болотный). В целом реабилитация идет за счет привносных пионерных видов и растений, характерных для низинных болот.
Этапы восстановления растительности на минеральных грунтах. В год аварии все виды растений (деревья, кустарники, травы и мхи) гибнут в результате загрязнения и подтопления на минеральных почвах. В первый год после рекультивации наблюдается достаточно активное восстановление растительности за счет сорной разнотравной растительности (череда луговая, ромашка обрезанная, кипрей болотный и др.). Единично представлены отдельные куртины вейников наземного и ложнотростникового.
На нерекультивированных участках восстановление происходит достаточно активно за счет преимущественно аборигенных лесных видов (иван-чай, вейник назем-ныйо, ложнотростниковый, пурпурный и др.), представ-леных отдельными куртинами.
На грунтовом (насыпном) субстрате растительность представляют отдельные особи или группы заносных травянистых растений (полевица белая, вейник, иван-чай, ситник коленчатый, частуха обыкновенная и др.). Проективное покрытие этих травостоев низкое — около 30-40%.
Полный список растений, произрастающих на нарушенных участках, приведен в таблице.
Список растений, произрастающих на нарушенных участках
Название вида (латынь) Название вида (русский) Семейство
Agrostis gigantea Roth Полевица белая Poaceae
Alisma plantago-aquatica L. Частуха подорожниковая Alismataceae
Amblystegium serpens (Hedw.) Schimp. in B.S.G. Амблистегиум ползучий Amblystegiaceae
Andromeda polifolia L. Подбел многолистный Ericaceae
Betulapubescens Ehrh. Береза пушистая Betulaceae
Bidens radiata Thuill. Череда лучевая Asteraceae
Brachythecium starkei (Brid.) Schimp. in B.S.G. Брахитециум Штарка Brachytheciaceae
Calamagrostis arundinacea (L.) Roth Вейник тростниковый Poaceae
Calamagrostis epigeios (L.) Roth Вейник наземный Poaceae
Calamagrostis pseudophragmites (Hall. Fil.) Koel. Вейник ложнотростниковый Poaceae
Calamagrostis purpurea (Trin.) Trin. Вейник пурпурный Poaceae
Calla palustris L. Белокрыльник болотный Araceae
Calliergon sp. Каллиергон Amblystegiaceae
Carduus crispus L. Чертополох курчавый Asteraceae
Carex limosa L. Осока топяная Cyperaceae
Ceratodon purpureus (Hedw.) Brid. Цератодон пурпурный Ditrichaceae
Chamerion angustifolium (L.) Holub Иван-чай, кипрей Onagraceae
Chamomilla recutita (L.) Rauschert Ромашка обрезанная Asteraceae
Cirsium vulgare (Savi) Ten. Бодяк обыкновенный Asteraceae
Cladonia arbuscula (Wallr.) Flot. Клядония лесная Cladoniaceae
Dicranum fuscescens Turn. Дикранум буроватый Dicranaceae
Drepanocladus sp. Дрепанокладус Amblystegiaceae
Epilobium palustre L. Кипрей болотный Onagraceae
Equisetum arvense L. Хвощ полевой Equisetaceae
Eriophorum vaginatum L. Пушица влагалищная Cyperaceae
Galatella hauptii (Ledeb.) Lindl. Солонечник Гаупта Asteraceae
Juncus geniculatus Schrank Ситник коленчатый Juncaceae
Ledum palustre L. Багульник болотный Ericaceae
Lophozia sp. (Dum.) Dum. Лофозия Lophoziaceae
Menyanthes trifoliata L. Вахта трехлистная Menyanthaceae
Milium effusum L. Бор развесистый Poaceae
Mylia sp. Милия Jungermanniaceae
Omalotheca sylvatica Sch. Bip. et F. Schultz Сушеница лесная Asteraceae
Oxycoccus palustris Pers. Клюква болотная Ericaceae
Phalaroides arundinacea (L.) Rauschert Двукисточник тростниковидный Poaceae
Phragmites australis (Cav.) Trin. EX Steud. Тростник обыкновенный Poaceae
Pinus sylvestris L. Сосна обыкновенная Pinaceae
Pleurozium schreberi (Brid.) Mitt. Плевроциум Шребера Hylocomiaceae
Pohlia nutans (Hedw.) Lindb. Полия поникшая Bryaceae
Polytrichum commune Hedw. Политрихум обыкновенный Polytrichaceae
Rumex crispus L. Щавель курчавый Polygonaceae
Salix sp. Ива Salicaceae
Sonchus arvensis L. Осот полевой Asteraceae
Sphagnum angustifolium (Russ. ex Russ.) C. Jens. Сфагнум узколистный Sphagnaceae
Sphagnum russowii Warnst. Сфагнум русский Sphagnaceae
Trifolium pratense L. Клевер луговой Fabaceae
Trifolium repens L. Клевер ползучий Fabaceae
Tussilago farfara L. Мать-и-мачеха Asteraceae
Typha angustifolia L. Рогоз узколистный Typhaceae
Typha latifolia L. Рогоз широколистный Typhaceae
Vaccinium vitis-idaea L. Брусника Ericaceae
Vicia cracca L. Горошек мышиный Fabaceae
Рекомендации по восстановлению нарушенных земель. Работы по восстановлению нарушенных в результате хозяйственной деятельности земель принято называть рекультивацией. Однако в полном объеме рекультивация проводится в случае нарушения целостности почвенного слоя. При условии отрицательного воздействия на почвы (загрязнение, истощение, переувлажнение и др.) и отсутствия нарушения структуры почвенного слоя принято говорить о мелиорации, санации, реабилитации земель или просто о восстановлении почвенного плодородия. Так согласно п. 5 «Основных положений о рекультивации земель, снятии, сохранении и рационального использования плодородного слоя почвы» (1995) рекультивации подлежат земли, нарушенные при ликвидации последствий загрязнения земель, если по условиям их восстановления требуется снятие верхнего плодородного слоя почвы.
В большинстве случаев при восстановлении нарушенных в результате химического загрязнения высокоминерализованными водами земель (как и при нефтяном загрязнении, если не предусмотрено снятие почвенного слоя) речь идет о различных способах их мелиорации. Далее термин «рекультивация» мы используем в расширенном значении с учетом сложившейся практики работ.
Работы по рекультивации нарушенных земель рассматриваются нами как процесс, направленный не просто на снижение формальных показателей загрязнения, а на содействие скорейшему восстановлению нарушенных природных режимов. Таким образом, для принятия решения о применении конкретных методов рекультивации необходимо: во-первых, оценить степень деградации природных выделов в результате антропогенного воздействия; во-вторых, выявить природную направленность процесса восстановления естественных режимов и, в-третьих, определить конечную цель работ по рекультивации, учитывая и дальнейшее хозяйственное использование земель.
Комплекс мероприятий по реабилитации нарушенных земель должен учитывать индивидуальные природные особенности конкретных загрязненных участков. По материалам наших исследований выделяется несколько типов природных ландшафтов, обладающих специфическим почвенно-растительным покровом, для которых применяется набор мероприятий. В обобщенном виде их пять:
1. Верховые и переходные болотные сообщества на торфяных болотных почвах.
2. Низинные болотные сообщества на торфяных болотных почвах.
3. Лесные и кустарниковые сообщества на минеральных почвах тяжелого механического состава (глина, т. суглинок).
4. Лесные и кустарниковые сообщества на минеральных почвах легкого и облегченного механического состав (песок, супеси).
5. Кустарниковые и луговые сообщества на пойменных почвах.
По завершении послеаварийных действий (ремонт трубопровода, остановка сброса подтовареной воды и др.) необходим комплекс работ, направленный на восстановление природных режимов с учетом природной специфики территории и ее дальнейшего хозяйственного использования.
Биологическая мелиорация в условиях севера Томской области носит ограниченный характер ввиду малой освоенности и слабой доступности территории. Использование для этого отдельных видов растений определяется их способностью переносить то или иное количество растворимых солей (физиологические особенности) и свойствами почвы. Солевыносливость уменьшается на тяжелых глинистых и суглинистых почвах и увеличивается на легких песчаных и супесчаных почвах. Органическое вещество увеличивает устойчивость растений к солям. По устойчивости к засолению выделяются две основные группы растений, рекомендуемых при мелиорации: особоустойчивая и среднеустойчивая.
На верховом болоте: каждому участку болота необходим соответствующий набор мероприятий: при наличие древесного яруса — его вырубка (желательно вручную, без использования тяжелой техники, максимально сохраняя естественный микрорельеф и очаги сохранившегося напочвенного растительного покрова). На участках с отсутствием выраженного линейного стока возможно создание неглубоких каналов (дрен по направлению к периферии болота), улучшающих промывной режим территории. Следует исходить из опасности распространения загрязнения за пределы уже нарушенного участка. Высокая горимость этих участков иногда требует строительства обводной канавы, отделяющей участок загрязнения от промышленных объектов. Применение каких-либо удобрений и (или) химических мелиорантов не допускается. Биологическая мелиорация возможна на сильно обводненных и слабопроточных участках; с целью придания болоту более привлекательного вида можно использовать рогоз и тростник.
Анализ состояния участков верховых болот, загрязненных высокоминерализованными водами, на которых были проведены мероприятия по «стандартной рекультивации», и участков, где эти работы не проводились, позволяет утверждать: 1) используемые методы рекультивации (с нарушением целостности микрорельефа: вспашка, планировка и др.) не ускоряют процесс восстановления растительности верховых болот;
2) эти работы нарушают естественный сток, а значит, замедляют процесс выноса солей из почвенного слоя;
3) заселение сорной растительностью распаханных участков препятствует развитию аборигенных видов.
На низинном болоте: при наличии древесного яруса требуется его вырубка, особенно если это хвойный лес. Так как растительность низинных болот существует в условиях постоянного избытка воды и достаточного минерального питания (грунтовыми водами), то после снятия воздействия (прекращение загрязнения) восстановление ее идет достаточно эффективно, здесь чаще всего никаких дополнительных мероприятий по содействию восстановлению природных режимов не требуется. На низинных болотах, как правило, бывает период с достаточным промывным режимом (чаще весной, иногда и осенью), что также способствует более быстрому восстановлению исходной обстановки. Биологическая мелиорация возможна на сильно обводненных и слабопроточных участках; с целью придания болоту более привлекательного вида можно использовать вахту, белокрыльник, рогоз и тростник.
На месте лесных и кустарниковых сообществ на минеральных почвах тяжелого механического состава (глина, т. суглинок) требуется рубка погибших древесных насаждений и улучшение дренированности территории. Для этого возможно проведение вспашки с внесением органических веществ, в том числе торфа. При условии застойного увлажнения на участке создаются неглубокие отводящие сток с участка канавы. Возможно применение химических мелиорантов (гипс) и биологической мелиорации. Биологическая мелиорация необходима на участках, находящихся в хорошо доступных местах; с целью придания более привлекательного вида можно использовать различные виды солевыносливых корневищных злаков.
На месте лесных и кустарниковых сообществ на минеральных почвах легкого и облегченного механического состава (песок, супесь) требуется рубка погибших древесных насаждений. При производстве работ необходимо максимально сохранять имеющийся почвенный слой. Возможно поверхностное внесение органического вещества (торф, перегной), смешанного с семенами растений-мелиорантов. Биологическая мелиорация целесообразна на участках, находящихся в хорошо доступных местах, с целью придания более
привлекательного вида можно использовать различные виды солевыносливых корневищных злаков.
На месте кустарниковых и луговых сообществ на пойменных почвах требуется рубка погибших кустарниковых насаждений. При производстве работ необходимо максимально сохранять имеющийся почвенный слой. Возможно поверхностное внесение органического вещества (торф, перегной), смешанного с семенами растений-мелиорантов. Биологическая мелиорация целесообразна на участках, находящихся в хорошо доступных местах, с целью придания более привлекательного вида можно использовать различные виды солевыносливых корневищных злаков.
Проведенные работы позволяют утверждать, что выявление участков нарушенных земель достаточно точно и оперативно возможно по материалам космической съемки среднего (15-30 м) и высокого (1-6 м) разрешения. Для определения точных границ нарушенных участков, картирования их внутренней структуры необходимо наличие материалов космической съемки высокого разрешения и (или) материалов аэрофотосъемки. Наземное обследование необходимо для описания почвенно-растительного покрова по за-картированным выделам и для определения степени химического загрязнения (отбор образцов воды и почвы).
На основании проведенных работ следует, что наибольшее отрицательное воздействие загрязнение высокоминерализованными водами оказывает на почвеннорастительный покров верховых и переходных болот, в меньшей степени — на лесные ландшафты, и наиболее устойчивыми к данному типу воздействия являются низинные болота.
Работы по реабилитации нарушенных земель рассматриваются нами как процесс, направленный не просто на снижение формальных показателей загрязнения, а на содействие скорейшему восстановлению нарушенных природных режимов. Таким образом, для принятия решения о применении конкретных методов рекультивации необходимо: во-первых, оценить степень деградации природных выделов в результате антропогенного воздействия; во-вторых, выявить природную направленность процесса восстановления естественных режимов и, в-третьих, определить конечную цель работ по рекультивации, учитывая и дальнейшее хозяйственное использование земель.
ЛИТЕРАТУРА
1. Березин А.Е. Рекультивация земель в районах нефтедобычи // Вестник Томского государственного университета. 2004. N° 30. С. 34-41.
2. Прокопьев Е.П. Экология растений. Томск: Изд-во Том. ун-та, 2001. 340 с.
3. Лосева А.С., Петров-Спиридонов А.Е. Устойчивость растений к неблагоприятным факторам среды. М.: Изд-во МСХА, 1983. 47 с.
4. СтрогановБ.П. Растения и засоление почвы. М.: Изд-во АН СССР, 1958. 68 с.
5. Йонева Ж., Петров-Спиридонов А.Е. Биометрические показатели и осмотический потенциал органов растений в условиях хлоридного засо-
ления // Известия ТСХА. 1985. Вып. 3. С. 120-125.
Статья представлена научной редакцией «Биология» 12 декабря 2007 г.
