Дозированное загрязнение товарной нефтью

Деградационно-восстановительная динамика лесных фитоценозов после нефтяного загрязнения

Чижов Б. Е., Захаров А. И., Гаркунов Г. А.

По чрезвычайным техногенным ситуациям, связанным с выбросами нефти и нефтепродуктов, Тюменская область лидирует не только в России, но и в мире. Ежегодные объемы аварийно разливаемой нефти составляют от 50 до 70 тыс. т, а общая площадь замазученных земель в 1996 г. ориентировочно оценивалась в 50 тыс. га. В ближайшие годы она может удвоиться в связи со старением и переходом в аварийное состояние более 8000 км трубопроводов. Если в 80-е годы в Ханты-Мансийском автономном округе ежегодно фиксировалось 150-250 аварий, то в 1995-1997 гг. их количество увеличилось более чем в десять раз и составляло 2300-3200 случаев в год.

Объект и методы

Исследования выполнены в подзонах северной и средней тайги Западной Сибири на территории Нефтеюганского, Сургутского и Нижневартовского районов Тюменской области. Они включали: изучение особенностей распределения нефти по генетическим горизонтам почв, определение концентраций свежей нефти и остаточных нефтепродуктов опасных для основных компонентов лесных фитоценозов, исследование деградационно-восстановительной динамики древостоев и живого напочвенного покрова. Применялись стационарный и статистический методы исследования. Дозированное загрязнение обессоленной и обезвоженной товарной нефтью выполнено в 1985-86 гг. в трех наиболее распространенных типах леса - сосняках брусничном и кустарничково-черничном, кедровнике кислично-черничном, представленных спелыми и приспевающими насаждениями. Почвы опытных участков соответственно песчаные, супесчаные и легкосуглинистые. Учет состояния древостоя и живого напочвенного покрова водился до загрязнения в конце первого, на 4 и 9 годы после разлива нефти.

Категории состояния деревьев определялись глазомерно по общепринятой методике /I/. По кернам измерялись радиальные приросты древесины. Отпад деревьев определялся в процентах от общего запаса насаждения, сплошным пересчетом деревьев.

Результаты и обсуждение

Дозированное загрязнение товарной нефтью

Хорошая проницаемость дренированных песчаных и супесчаных почв обусловила глубокое проникновение загрязнителя в почву и материнские породы. Начиная с доз загрязнения 50 л/м2 следы нефти обнаруживаются на глубине 100 и более сантиметров, при дозах 10-20 л/м2 глубины проникновения нефти в почву составляют 10-30 см. При дозах 1,5 л/м2 и менее загрязнитель в основном перехватывается торфянистым горизонтом и лесной подстилкой.

Рис.1 Остаточное количество нефти (%) в песчаных и супесчаных почвах на 2-5 год после дозированного внесения в л/м2

Попадая в почву, нефть претерпевает количественные и качественные изменения в результате испарения, вымывания, ультрафиолетового разложения и микробиологического окисления. На участках дозированного загрязнения по прошествию двух лет остаточные массы загрязнителя составляли в среднем 38, трех - 30 и четырех - 24 % от внесенного количества (рис.1).

Таблица 1.

Содержание остаточных нефтепродуктов в почвенных горизонтах через 3 года после дозированного загрязнения

Снижение уровня загрязнения почв нефтью тесно связано с изменением ее фракционного состава. В течение первого года практически полностью испарились и вымылись фракции нефти с температурой кипения ниже 200о С. На разливах 10-летней давности в составе остаточной нефти абсолютно преобладали асфальтены и смолы (С17 и более) с температурой кипения выше 300о С (табл. 2). Как показали лабораторные опыты, они малотоксичны для растений, но при относительно высоких концентрациях способны существенно повлиять на свойства почв: изменить ее гидрофобность, затруднить капилярный подъем влаги, затормозить процессы минерализации органогенных остатков.

Таблица 2

Фракционный состав остаточных нефтепродуктов в песчаных и супесчаных почвах, %

Живой напочвенный покров

Нефть, обладая контактным гербицидным действием, повредила только те части растений, которые замазучены. Отмирание многолетников происходит после загрязнения корневищ, от которых они ежегодно возобновляются. Сохранение живого напочвенного покрова определяется глубиной проникновения нефти и глубиной размещения в почве органов вегетативного размножения растений.

На секциях, где нефть была внесена разбрызгиванием в дозе 1,5 л/м2, лесная подстилка и мохово-лишайниковый покров загрязнились на глубину 1,8±0,14 см. Это вызвало резкое сокращение обилия только лишайников и всходов сосны, кедра. Кустарнички и травы быстро восстановили временно усохшие надземные органы.

При полном замазучивании лесной подстилки (5 л/м2) в сосняках зеленомошно-брусничном и кустарничково-черничном наряду с мхами и лишайниками сильно изрежены брусника и черника. Встречаемость их остается достаточно высокой, чтобы популяции обоих видов восстановились в ближайшие 10-20 лет. Осока шаровидная и хвощи, у которых корневища находятся в минеральном горизонте, оправились от повреждений на второй год. Через три года проективное покрытие почвы осокой в полтора раза превышало исходное.

При дозах 10 и 20 л/м2 нефть проникла в почву соответственно на глубину 11-16 и 18-20 см. В загрязненных горизонтах оказались не только органы вегетативного возобновления, но и корневые системы трав и кустарничков. Все компоненты живого напочвенного покрова характеризуются сильным и длительным угнетением. В качестве микрорефугимов, обеспечивающих сохранение отдельных особей, выступают покрытые подстилкой и мхами полуразложившиеся стволы деревьев. Нефть, обтекая трухлявую древесину, почти не проникает внутрь стволов. Поэтому корневища и корневые системы брусники, черники, багульника, освоившие валеж в качестве субстрата, сохраняются жизнеспособными.

Рис. 2. Деградационно-восстановительная динамика проективного покрытия живого напочвенного покрова в % к исходному обилию при различных дозах загрязнения (л/м2)

Суглинистые почвы менее проницаемы для нефти, поэтому при дозах менее 20 л/м2 сохранность и темпы восстановления живого напочвенного покрова на суглинке выше, чем на песчаной почве сосняка брусничного. При дозах 50-100 л/м2 различия несущественные, поскольку травяно-моховой покров отмирает в обоих случаях более чем на 98 %.

За девятилетний период не отмечено восстановление на загрязненных участках зеленых мхов и лишайников. Замазучивание лесной подстилки исключало возвращение их на исходное место. Крайне медленно восстанавливаются кустарнички: брусника, черника, багульник. Даже на делянках с минимальными дозами (1,5 - 5 л/м2) они не достигли в течение 9 лет исходного обилия (рис. 2).

Скорость восстановления травяного покрова определялась видовым составом, сохранностью после нефтяного воздействия и уровнем остаточного загрязнения почвы. На делянках с дозами 10 и 20 л/м2, где остаточное загрязнение составляло соответственно 3,7 и 7,9 кг/м2, даже достаточно устойчивые к нефти осока шаровидная и хвощи не достигли за 9 лет исходного обилия. Делянки с более высокими дозами оставались мертвопокровньми.

Древостой

Наибольшее угнетение деревьев отмечено в сосняке брусничном, где увеличение гидрофобности песчаных почв усугубило и | без того напряженный дефицит влаги. Изменение состояния деревьев, выразившееся в посветлении молодой хвои, более раннем опадении старой хвои, уменьшении прироста ветвей, уменьшении размеров листьев березы, впервые стало заметным на второй год на секциях с дозами более 10 л/м2, а в сосняке кустарничково-черничном - на секциях с дозами 50 и 100 л/м2. На третий год эти деревья перешли в категорию сильно ослабленных: крона ажурная, прирост по диаметру сократился, хвоя повреждена на 30-60 %. На секциях с дозами 10-20 л/м2 изменения в состоянии древостоя стали заметными только на четвертый год.

Таблица 3

Динамика состояния древостоев сосняка брусничного (Сбр.) и сосняка кустарничково-черничного (Скч.) после загрязнения товарной нефтью

В первые годы после загрязнения уменьшение радиального прироста деревьев отмечено только в кедровнике кислично-черничном. В последующие годы снижение приростов на секциях с дозами 50 и 100 л/м2 приняло катастрофический характер во всех типах леса и происходило на фоне массового усыхаю деревьев. Существенно снизилась продуктивность древостоев в секциях с дозами загрязнения 20 л/м2. Резкое снижение величин радиальных приростов происходило в первые три года, после чего наметилась некоторая стабилизация процесса (Рис. 3)

Рис. 3. Радиальный прирост деревьев при различных дозах загрязнения, в % к контролю

Подрост

В результате попадания нефти на ассимиляционный аппарат подпологовый подрост хвойных и лиственных пород практически полностью погиб даже при минимальных (1-1,5 л/м2) дозах загрязнения. Процесс деградации подпологового подроста продолжался 1-2 года.

Начиная со второго-третьего года на секциях с дозами 20 л/м2 ежегодно появлялись всходы сосны и кедра, которые в дальнейшем погибали. На 3 год количество одно-двухлетних всходов сосны и кедра составляло 0,6-1,3 тыс./га на секциях с концентрацией нефти в лесной подстилке 13-17 % и 0,2 тыс./га - при концентрации нефти 22 %. Однако на четвертый (1989) год в условиях сильной засухи они отмерли более чем на 80 %. Из-за неблагоприятных агрофизических свойств замазученной почвы рост всходов был очень замедленный даже там, где они приурочены к минерализованным, с удаленным АО, пятнам почвы; продолжался их отпад. На 9 год состояние ранее сохранившегося подроста и самосева стабилизировалось, учтено большое количество новых всходов (табл.4), но вероятность их сохранения неясна.

Таблица 4

Количество сохранившегося самосева древесных пород по учету на девятый год, тыс.шт