Оценка воздействия на окружающую среду чинаревского нефтегазоконденсатного месторождения казахстана
На правах рукописи
Савченко Ольга Александровна
ОЦЕНКА ВОЗДЕЙСТВИЯ НА ОКРУЖАЮЩУЮ СРЕДУ
ЧИНАРЕВСКОГО НЕФТЕГАЗОКОНДЕНСАТНОГО
МЕСТОРОЖДЕНИЯ КАЗАХСТАНА
03.00.16 – экология
Автореферат диссертации на соискание ученой степени
кандидата биологических наук
Саратов – 2008
Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Саратовский государственный университет им. Н.Г. Чернышевского» на кафедре морфологии и экологии животных
Научный руководитель – доктор биологических наук, профессор
Аникин Василий Викторович
Официальные оппоненты: доктор биологических наук, профессор
Попов Николай Владимирович
кандидат биологических наук, доцент
Конешов Сергей Александрович
Ведущая организация – ФГУ «Государственный научно-исследо-
вательский институт промышленной экологии Нижнего Поволжья»
Защита состоится « 14 » ноября 2008 г. в 13.00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.243.13 при Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Саратовский государственный университет им. Н.Г. Чернышевского» по адресу: 410012, г. Саратов, ул. Астраханская, д. 83, аудитория № 61, E-mail: [email protected].
С диссертацией можно ознакомиться в Зональной научной библиотеке имени В.А. Артисевич ГОУ ВПО «Саратовский государственный университет имени Н.Г. Чернышевского».
Автореферат разослан «10» октября 2008 г.
Ученый секретарь
диссертационного совета
С.А. Невский
Общая характеристика работы
Актуальность исследования. В последнее время значительные территории Республики Казахстан все интенсивнее вовлекаются в сферу антропогенного освоения, неизбежным следствием которого является ухудшение экологической обстановки региона. На сегодняшний день одной из актуальных экологических проблем является загрязнение окружающей среды в районах нефтегазодобычи. Рост антропогенной нагрузки при освоении месторождений нефти и газа приводит к изменению физико-химических свойств почвы, обеднению и изменению видового состава, структуры и продуктивности фитоценозов, а также к сокращению пространственного размещения и численности популяций животных, негативно отражаясь на процессах сохранения и естественного возобновления природных ресурсов. Сокращение биологического разнообразия представляет в настоящее время реальную экологическую угрозу.
Одним из крупнейших и перспективных промышленных объектов Западного региона Республики Казахстан является Чинарёвское нефтегазоконденсатное месторождение (ЧНГКМ), которое находится в зоне интенсивного сельскохозяйственного освоения, с высокой плотностью населения и наличием близко расположенных населенных пунктов, что определяет необходимость проведения мониторинга окружающей среды в районе его расположения.
Наиболее актуальным является выбор и разработка методов экологического мониторинга, позволяющих провести комплексную оценку качества окружающей среды. Для комплексной оценки фонового состояния окружающей природной среды зоны ЧНГКМ необходимо интегрировать систему экологического мониторинга в единую систему контроля биотических и абиотических компонентов окружающей среды. Проблема формирования и совершенствования системного подхода к организации экологического мониторинга в условиях интенсивной добычи, транспортировки и переработки нефти и газа в настоящее время является актуальной.
Цель и задачи исследования. Целью работы является изучение состояния окружающей среды санитарно-защитной зоны и сопредельной с ЧНГКМ территории, а также разработка и внедрение интегрированной системы экологического мониторинга с использованием методов биологического мониторинга и почвенно-аналитического контроля с применением физико-химических методов анализа.
Реализация поставленной цели определила необходимость решения следующих задач:
- изучить влияние лимитирующих факторов техногенного воздействия нефтяной отрасли на объекты окружающей среды;
- разработать программу интегрированного экологического мониторинга и внедрить ее в эксплуатацию применительно к санитарно-защитной зоне и сопредельной с ЧНГКМ территории;
- провести комплексную оценку фонового состояния экосистем с выделением редких и подлежащих охране видов растений и животных;
- разработать экспрессные и надежные методики определения ионного состава почв с использованием новых сенсоров на основе полупроводниковых материалов из антимонида галлия;
- осуществить эколого-аналитический мониторинг почв с применением физико-химических методов анализа;
- определить динамику состояния основных природных комплексов в ходе естественных сукцессионных процессов, а также в случае аварийных ситуаций на ЧНГКМ.
Научная новизна. Впервые применительно к территории ЧНГКМ разработана и внедрена в эксплуатацию программа интегрированного экологического мониторинга, которая включает методы биологического мониторинга и эколого-аналитического контроля почв; выполнен комплекс систематических экологических исследований по оценке фонового состояния растительного и животного мира. Осуществлена инвентаризация флористического и фаунистического состава экосистем с выделением ключевых, а также редких и подлежащих охране видов растений и животных; проведен эколого-аналитический мониторинг почв ЧНГКМ с применением физико-химических методов анализа. Разработаны экспрессные методики определения ионного состава почв с использованием единичного полупроводникового сенсора на основе антимонида галлия. На основании полученных результатов дана экологическая оценка состояния почв и выполнено прогностическое моделирование динамики состояния экосистемы территории ЧНГКМ в результате естественных сукцессионных процессов и в случае аварийных ситуаций.
Научно-практическая значимость. Результаты исследования являются основой для долговременного экологического мониторинга по оценке трансформации экосистем ЧНГКМ Западно-Казахстанской области. Разработанная интегрированная система экологического мониторинга внедрена в эксплуатацию казахстанской нефтегазовой компанией «Жаикмунай» и включена Западно-Казахстанским областным территориальным управлением охраны окружающей среды в программу регионального экологического мониторинга окружающей среды Западно-Казахстанской области (акт внедрения от 23 ноября 2007 г.).
Для проведения эколого-аналитического мониторинга почв разработана экспрессная методика последовательного потенциометрического определения рН, гидрокарбонатов, хлоридов в одной пробе почвенной вытяжки с использованием новых полупроводниковых сенсоров из антимонида галлия (GaSb), а также методика определения сульфатов с применением GaSb-сенсора. Разработанные методики апробированы на почвах ЧНГКМ в физико-химической лаборатории Западно-Казахстанского инженерно-технологического университета и внедрены в отделе лабораторно-аналитического контроля Западно-Казахстанского областного территориального управления охраны окружающей среды (акты внедрения от 16 мая 2006 г. и 19 июня 2007 г.)
На основании проведенного интегрированного экологического мониторинга фонового состояния основных природных комплексов территории ЧНГКМ выполнено прогностическое моделирование динамики растительных и фаунистических комплексов в естественных и техногенных условиях в санитарно-защитной зоне и сопредельной с промышленным объектом территории. Выявлены редкие и охраняемые виды растений и животных, занесенные в Красные книги Казахстана и Западно-Казахстанской области. Материалы диссертации внедрены в учебный процесс кафедры экологии и биотехнологии Западно-Казахстанского инженерно-технологического университета и включены в лекционный курс и лабораторный практикум по дисциплинам «Мониторинг окружающей среды и геоинформационные системы», «Химическое загрязнение окружающей среды», «Аналитическая химия».
Апробация работы. Результаты исследования доложены и обсуждены на Международной научно-практической конференции «Теоретические и прикладные проблемы географии на рубеже столетий» (Алматы, 2004 г.); Всероссийской научной конференции с международным участием «Электроаналитика – 2005» (Екатеринбург, 2005 г.); Международной научно-практической конференции «Сохранение окружающей среды – важнейшая проблема современности» (Уральск, 2005 г.); Международной научно-практической конференции «Наука и образование – важнейшие факторы инновационного развития экономики страны» (Уральск, 2008 г.); VII Всероссийской конференции по электрохимическим методам анализа «ЭМА-2008» (Уфа, 2008 г.); III Всероссийской конференции «Аналитические приборы» (Санкт-Петербург, 2008 г.); научных семинарах кафедры экологии и биотехнологии Западно-Казахстанского инженерно-технологического университета (Уральск, 2004–2008 гг.); научных конференциях аспирантов и молодых ученых Саратовского государственного университета (Саратов, 2003–2008 гг.).
Декларация личного участия автора. Автор лично участвовал в научных и производственных экспедициях по сбору полевого материала, в проведении камеральной обработки биологических проб. Анализ почвенных образцов проведен автором в лаборатории физико-химического анализа объектов окружающей среды Западно-Казахстанского инженерно-технологического университета. Анализ полученных данных, их интерпретация и оформление осуществлены автором самостоятельно. В совместных публикациях вклад соискателя составил 70–80%.
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 14 работ, одна из которых в изданиях перечня ВАК РФ.
Объем и структура диссертации. Работа изложена на 252 страницах машинописного текста, иллюстрирована 38 рисунками и содержит 33 таблицы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, выводов, библиографического списка, включающего 377 источников отечественной и зарубежной литературы. В приложении приведены акты внедрения разработанной программы интегрированного экологического мониторинга и разработанных методик определения ионного состава водных вытяжек почв с использованием полупроводникового сенсора из антимонида галлия, подтверждающие практическое применение полученных автором результатов.
Основные положения, выносимые на защиту.
1. Интегрированная система экологического мониторинга, включающая методы эколого-биологического и почвенно-аналитического контроля с использованием физико-химических методов анализа, позволяет проводить комплексную оценку фонового состояния окружающей природной среды в районах добычи нефти и газа Казахстана.
2. Проводимые работы по разработке и эксплуатации ЧНГКМ на сегодняшний день не наносят урона природным комплексам в санитарно-защитной зоне и на сопредельной с ЧНГКМ территории.
Благодарности. Автор выражает искреннюю глубокую благодарность за неоценимую помощь в планировании работы, организации исследований и поддержку своему научному руководителю доктору биологических наук, профессору Аникину Василию Викторовичу, а также доктору химических наук, проректору по научной работе Западно-Казахстанского инженерно-технологического университета, профессору Бурахта Вере Алексеевне. Автор искренне признателен доктору биологических наук, декану биологического факультета Саратовского государственного университета, профессору Шляхтину Геннадию Викторовичу и доктору биологических наук, профессору Завьялову Евгению Владимировичу за постоянное внимание, помощь, ценные советы, а также сотрудникам кафедры ботаники и экологии Саратовского государственного университета за помощь при проведении флористических исследований и определении гербарного материала.
Содержание работы
Во введении обосновывается актуальность исследования, сформулированы основная цель и задачи, научная новизна и научно-практическая значимость исследования.
Глава 1. ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ РАЗРАБОТКИ ПРОГРАММЫ ИНТЕГРИРОВАННОГО ЭКОЛОГИЧЕСКОГО МОНИТОРИНГА СОСТОЯНИЯ ПРИРОДНЫХ КОМПЛЕКСОВ ВОКРУГ ПРОМЫШЛЕННЫХ ОБЪЕКТОВ
(обзор литературы)
Производственная деятельность предприятий нефтяной и газовой промышленности, обеспечивающих добычу, транспортировку и переработку углеводородного сырья, является ведущим фактором антропогенного воздействия на окружающую природную среду (Глазовская и др., 1981; Солнцева, 1988, 1998; Булатов и др., 1997). При этом основными загрязнителями являются добываемые нефть, газ, минерализованные пластовые воды, буровые растворы, шламы выбуренных пород, которые поступают в окружающую среду на этапе изысканий и строительства в результате нарушения технологии добычи, а также во время аварийных ситуаций, связанных с выбросами нефти и газа, вызывая резкие ответные реакции всех компонентов экосистем (Андерсон, 1978; Гриценко, 1997; Крапинский, 2004; Бондарчук, 2005). На основании данных литературы изучены механизмы влияния нефтегазодобывающей промышленности на поверхностные и подземные воды, атмосферный воздух, почвенный покров, его ферментативную и микробиологическую активность, растительный и животный мир (Етеревская и др., 1975; Солнцева, 1981, 1995; Балахонов, 1985; Гашев, 1992; Габбасова и др., 1997, 2002; Сысо и др., 2001; Антоненко и др., 2006; Колесников и др., 2006; Udo, 1975; Plambeck, 1988).
В главе рассмотрены подходы к проведению экологического мониторинга в условиях функционирования промышленных объектов повышенной экологической опасности с учетом климатических, географических, биотических и антропогенных особенностей исследуемой территории (Израэль, 1979, 1984; Холстов и др., 1995; Шляхтин и др., 2004; Толстых и др., 2005; Завьялов и др., 2006; Перевозникова, 2007; Галкина, 2007). Подчеркивается, что ключевым звеном в системе экологического мониторинга является биологический мониторинг с использованием широкого спектра независимых методов флористического и фаунистического мониторинга состояния биологических объектов (Захаров, 1993; Москвитина и др., 1995, 2000, 2002; Стрельцов, 2003; Светлаков и др., 2004). Отмечено, что одним из перспективных методов биологического мониторинга в условиях функционирования промышленных объектов повышенной экологической опасности является применение стандартных площадных методов исследования, включающих определение фонового состояния биоты на основе биологических показателей.
Решение современных экологических проблем невозможно без проведения эффективного химического анализа объектов окружающей среды. Широкое применение в эколого-аналитическом контроле почв нашли физико-химические методы анализа, среди многообразия которых важное место занимает потенциометрический метод анализа с использованием ионселективных электродов и электродов на основе полупроводниковых материалов, характеризующийся высокой чувствительностью, селективностью и надежностью (Никольский и др., 1980; Бурахта, 1995, 2003; Кулапина, 1999, 2000; Чернова, 2000; Власов, 2003).
Особое внимание обращается на тот факт, что мониторинг состояния окружающей среды в зоне функционирования промышленных объектов в настоящее время основывается на исследованиях биологических объектов или абиотической ее компоненты. Проблема формирования и совершенствования интегрированного системного подхода к организации экологического мониторинга в условиях функционирования промышленных объектов повышенной экологической опасности в настоящее время является актуальной.
Глава 2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
В основу настоящей работы положены материалы, полученные автором в результате полевых и лабораторных исследований, проведенных в 2003–2007 гг. в Западно-Казахстанской области в районе расположения ЧНГКМ. Объектами исследования являются основные компоненты экосистем: почвы, растительный и животный мир. Исследования проведены в санитарно-защитной зоне (СЗЗ) протяженность которой составляет 3,5 км и на сопредельной с ЧНГКМ территории, что составляет 25 км от промышленной территории.
Для проведения комплексной оценки фонового состояния окружающей природной среды СЗЗ и сопредельной с ЧНГКМ территории разработана программа интегрированного экологического мониторинга, в которой объединены методы анализа биоты и эколого-аналитического контроля почв с использованием физико-химических методов анализа. Основополагающим методом исследования является формирование системы стационарных пунктов контроля (модельные площадки), предназначенных для оценки биологического разнообразия, с использованием геоботанических и фаунистических методов исследования. Определение видового состава растений модельных площадок осуществлено в весенние и летние сезоны 2003–2007 г., фаунистические исследования проводили круглогодично в течение всех этих лет, что позволило осуществить постоянный контроль за динамикой биологических показателей и возможными антропогенными нагрузками на природные комплексы ЧНГКМ. При фитоценотическом анализе растительных ассоциаций учитывали встречаемость, обилие видов по шкале Браун-Бланке, ярусность, проективное покрытие с выделением доминирующих видов, оценивали систематический состав, дающий представление о распределении видов по родам и семействам, анализировали спектр жизненных форм по классификации Раункиера, распределение по гигроморфам по Раменскому (Ярошенко, 1969; Воронов, 1973; Уланова, 1995).
Энтомологический материал собран методами отлова насекомых и выведения имаго из преимаго. Проведены количественные учеты по отдельным группам видов по имаго без изъятия насекомых из природы для выяснения фенологии, фаунистического и экологического распределения. Изучение фаунистических комплексов позвоночных животных проведено по общепринятым методикам (Банников и др., 1977; Шляхтин, Голикова, 1986; Гаранин и др., 1989). Характеристика орнитофауны и анализ распределения птиц даны на основе количественных учетов без ограничения ширины трансекты, проводимых в наиболее специфичных местообитаниях (Равкин, 1990).
В ходе эколого-аналитического мониторинга почвенные образцы отбирали согласно ГОСТ (Почвы. Методы…, 2003) в весенний и летне-осенний периоды. Анализ почвенных образцов проводили в лаборатории физико-химического контроля объектов окружающей среды Западно-Казахстанского инженерно-технологического университета. В отобранных образцах почв установили содержание гумуса спектрофотометрическим методом. Содержание ионов Са2+ и Mg2+ определили титриметрическим методом анализа, основанном на реакциях комплексообразования.
Определение рН, CO32, HCO3, Cl, SO42 проводили методами прямой потенциометрии и потенциометрического титрования на универсальном иономере ЭВ-74. Для экспрессного определения ионного состава почв ЧНГКМ разработана методика последовательного определения рН, CO32, HCO3, Cl в одной пробе водной вытяжки почв и методика определения сульфатов комплексонометрическим титрованием с использованием в качестве индикаторного электрода единичного полупроводникового сенсора из антимонида галлия (GaSb), которые ранее были созданы и изучены в качестве индикаторных электродов в различных вариантах потенциометрического титрования (Бурахта, 2003). Полученные результаты сравнивали с таковыми для классических ионселективных электродов: стеклянным электродом ЭСЛ-63-07, хлоридселективным электродом с мембраной из Ag2S-AgCl (ClCЭ), медьселективным электродом с мембраной из Ag2S-CuS (CuCЭ). Электродом сравнения во всех случаях являлся хлоридсеребряный электрод ЭВЛ-IМЗ, заполненный насыщенным раствором KCI.
Фактический материал базируется на данных анализа ежегодно отобранных биологических образцов и экземпляров, что составило более 2600 почвенных образцов, 540 растительных экземпляров, 476 экземпляров энтомологического материала и более 300 экземпляров позвоночных животных.
Глава 3. ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ФОНОВОГО СОСТОЯНИЯ ЭКОСИСТЕМ ЧИНАРЕВСКОГО нефтегазоконденсатного МЕСТОРОЖДЕНИЯ
Программа интегрированного экологического мониторинга в СЗЗ и сопредельной с ЧНГКМ территории включает: организацию стационарных пунктов контроля (модельные площадки) за состоянием почвенного покрова, растительного и животного мира; использование подвижных средств контроля за состоянием окружающей среды, которые позволяют оперативно перемещаться в районе исследования и проводить учеты численности животных и растений на трансектах; эколого-аналитический мониторинг почв с использованием физико-химических методов анализа, позволяющий наиболее полно оценить степень нарушенности биогеоценозов в результате хозяйственной деятельности предприятий нефтегазодобывающего комплекса; инвентаризацию флористического и фаунистического состава экосистем с выделением редких и охраняемых видов; определение и использование видов-индикаторов среди растений и животных. С учетом основных свойств растительности, почв, характера розы ветров было заложено шесть стационарных пунктов контроля (10 Н10 м); четыре площадки находятся в СЗЗ, а две – в 25-километровой зоне исследования, в биотопах, разнообразных по естественным условиям с разной степенью антропогенной нагрузки, а также на территориях, не подверженных антропогенному влиянию, для оценки условного эталонного уровня (рис. 1).
Рис. 1. Схема размещения стационарных пунктов контроля фонового состояния окружающей среды ЧНГКМ: 
– территория ЧНГКМ; – центральная нефтяная скважина № 10; 1 – бурьянистая залежь (ассоциация полыни горькой); 2 – полезащитные лесные насаждения (ассоциация вейника наземного); 3 – участок пастбищного сбоя (ассоциация овсяницы желобчатой); 4 – участок целинной типчаково-ковыльной степи; 5 – участок целинной ковыльно-разнотравной степи (ассоциация ковыля днепровского); 6 – пойменный участок р. Урал (дубрава вейниковая)
В ходе реализации программы интегрированного экологического мониторинга с 2003 по 2007 г. впервые проведена оценка фонового экологического состояния экосистем района расположения ЧНГКМ, которая включает оценку состояния почв, растительного и животного мира.
Рис. 2. Кривые потенциометрического титрования HCO3 (
) 0,02 М раствором H2SO4 и Cl () 0,02 М раствором AgNO3 в одной пробе водной вытяжки почв с НСЭ (1), ClСЭ (2) и GaSb- (3, 4) электродами
Рис. 3. Кривые потенциометрического титрования сульфатов в водной вытяжке почв ассоциации полыни горькой с CuCЭ (1) и GaSb (2) электродами
Проведенные исследования показали, что для определения рН в равной степени можно использовать стеклянный электрод или полупроводниковый GaSb-электрод, так как крутизна электродной функции для обоих сенсоров практически одинакова. При титровании HCO3 (рис. 2, кривые 1, 3) и Cl (кривые 2, 4) получены хорошо воспроизводимые скачки потенциала, как со стеклянным (НСЭ), хлоридселективным (ClСЭ), так и с GaSb-сенсором, однако величина скачка потенциала с GaSb-электродом превышает таковую, полученную с классическим ClСЭ, более чем в два раза. Это объясняется повышенной чувствительностью полупроводникового электрода к ионам серебра и позволяет более надежно идентифицировать конечную точку титрования.
Отклик полупроводникового сенсора из GaSb к ионам меди позволил использовать его в качестве индикаторного электрода для определения SO42-ионов в почвах комплексонометрическим методом. На рис. 3 представлены кривые потенциометрического титрования SO42-ионов в почве ассоциации полыни горькой с GaSb-электродом (кривая 2), из которой видно, что вблизи конечной точки титрования устанавливается четкий скачок потенциала, превосходящий по величине скачок, полученный с классическим медьселективным электродом (CuСЭ) (кривая 1).
В таблице приведены результаты определения анализируемых компонентов в водных вытяжках почв ЧНГКМ с помощью полупроводникового электрода из GaSb и классических ионселективных электродов: стеклянного электрода ЭСЛ-63-07, хлоридселективного электрода (ClCЭ), медьселективного электрода (CuCЭ).
Результаты определения с ионселективными и полупроводниковым электродами
некоторых компонентов в водной вытяжке почв модельных площадок
с доминированием ковыля днепровского (n = 4; Р = 0.95)
| Определяемый компонент | Титрант | Контрольная методика | Разработанная методика | ||
| электрод | концентрация, % | электрод | концентрация, % | ||
| рН | ЭСЛ | 7.3 ±0.10 | GaSb | 7.4±0.10 | |
| CO32, мг/100 г почвы | H2SO4 | ЭСЛ | отсут. | GaSb | отсут. |
| HCO3, мг/100 г почвы | H2SO4 | ЭСЛ | 14.6±0.30 | GaSb | 14.6±0.30 |
| Cl, мг/100 г почвы | AgNO3 | ClCЭ | 11.4±0.30 | GaSb | 11.2±0.20 |
| SO42, мг/100 г почвы | CuSO4 | CuCЭ | 96.0±4.00 | GaSb | 98.0±3.00 |
Потенциометрические результаты определения рН, CO32, HCO3, Cl, SO42в водных вытяжках почв, полученные с помощью полупроводниковых сенсоров из GaSb и классических ионселективных электродов, характеризуются достаточной точностью и хорошей воспроизводимостью, тип выбранной электродной пары не влияет на результаты потенциометрического определения. Однако использование одной электродной пары, состоящей из GaSb-сенсора и электрода сравнения, делает возможным определение пяти компонентов в одной пробе водной вытяжки почв методами кислотно-основного, осадительного, комплексонометрического титрования, изменяя титранты и создавая необходимые условия для титрования, в то время как при использовании классических ионселективных электродов требуются три электрода с различными мембранами: стеклянный, хлоридселективный и медьселективный соответственно.
Полученные результаты определения ионного состава водных вытяжек почв ЧНГКМ, проведенного за период исследования (2003–2007 гг.), позволили анализировать распределение ионов по почвенным профилям, возможность миграций водорастворимых солей в ландшафтах под основными растительными сообществами, а также провести оценку степени и типа засоления исследуемых почв.
Проведенный сравнительный анализ анионного состава почв ЧНГКМ по годам (рис. 4) показал, что максимальное накопление Cl и SO42 отмечено в 2005 и 2006 гг. Это связано с меньшим выпадением осадков в этот период и высоким температурным режимом, обусловливающим поднятие почвенных растворов и увеличение содержания данных анионов в верхних слоях почвенного покрова.
Рис. 4. Результаты определения гидрокарбонатов, хлоридов, сульфатов в водных вытяжках почв ЧНГКМ
Рис. 5. Содержание гидрокарбонатов, хлоридов, сульфатов по усредненным данным за 2003–2007 гг. в почвах растительных ассоциаций: 1 – полыни горькой; 2 – вейника наземного; 3 – овсяницы желобчатой; 4 – типчаково-ковыльной; 5 – ковыля днепровского; 6 – дубравы вейниковой
Более влажные климатические условия 2007 г., не характерные для Западного региона Казахстана, способствующие промыванию почв, объясняют снижение содержания хлоридов и сульфатов и соответственно увеличение HCO3-ионов в исследуемых почвенных образцах.
При сравнении полученных результатов по усредненным данным за 2003–2007 гг. четко видно, что накопление анионов зависит не только от сезонных климатических условий, но и напрямую связано с механическим составом почв (рис. 5). Отмечено, что основная масса HCO3, Cl и SO42 накапливается в почвах южного чернозема
ассоциаций полыни горькой и вейника наземного, а также в суглинистых темно-каштановых почвах овсяницы желобчатой, что составляет 73,4% от общего содержания анионов, а наименьшее (5,2%) отмечено в супесчаных темно-каштановых почвах ассоциации ковыля днепровского, где ионы активнее мигрируют в более глубокие почвенные горизонты. Установлено, что в почвенном покрове ЧНГКМ широко представлены ионные формы миграции веществ в виде анионов (SO42, Cl, HCO3) и катионов (K+, Na+, Са2+, Mg2+). Содержание гумуса колеблется от 0,2 до 3,4%, что наглядно демонстрирует слабое гумусонакопление. По результатам исследования установлено, что по химическому составу почвы ЧНГКМ относятся к хлоридно-сульфатному и сульфатному типам засоления.
В ходе изучения на модельных площадках зарегистрировано 140 видов высших растений, относящихся к 115 родам и 37 семействам. В Красные книги Казахстана и Западно-Казахстанской области занесены 18 видов (Adonis wolgensis, Stipa capillata, Pulsatilla pratensis, P. patens, Thymus marshallianus, Thelypteris palustris, Ephedra distachya, Fritillaria ruthenica и др.). Установлено, что основная роль принадлежит семействам сложноцветных (Asteraceae) и злаковых (Poaceae), составляющих 23,4% и 11,4% от общего количества видов.
Проведенный сравнительный анализ распределения растений модельных площадок на территории ЧНГКМ по жизненным формам (рис. 6) показал, что растения представлены 5 биоморфами: фанерофиты, хамефиты, гемикриптофиты, криптофиты и терофиты с четко выраженным преобладанием многолетников. Гемикриптофиты составляют от 27,3 до 53%. Высоко содержание группы хамефитов – от 25,8 до 40,5%. Криптофиты исследуемых площадок составляют от 5,8 до 21,2%. Наиболее малочисленной группой среди многолетних видов являются фанерофиты, на долю которых приходится от 5,4% на площадках степных биотопах до 19,7% на площадке в дубраве вейниковой. Терофиты составляют 3,2–15,4%.
Анализ распределения исследованных видов растений ЧНГКМ по гигроморфам позволил выделить 4 экологические группы: ксерофиты, ксеромезофиты, мезофиты и мезоксерофиты (рис. 7) со значительным превалированием растений ксерофитной группы(ксерофиты + ксеромезофиты), которые являются доминирующими в сложении растительного покрова. Причем на долю ксерофитов приходится 51,5%, в то время как ксеромезофиты составляют 21,4% от общего количества видов исследуемой территории. Виды мезофитной группы (мезофиты + мезоксерофиты) насчитывают 17,5% флоры исследуемой территории с преобладанием видов-мезоксерофитов.
Проведенные исследования фауны основных биотопов исследованной территории показали, что динамика видового состава животных относительно стабильна. Программа планомерно проводимых комплексных работ в течение нескольких полевых сезонов отразила сложную структуру внутри многих отрядов насекомых: сетчатокрылых (Neuroptera), стрекоз (Odonata), прямокрылых (Orthoptera), чешуекрылых (Lepidoptera) и жуков (Coleoptera), а также позволила выявить видовой состав и биотопическое
Многолетние виды:
Однолетние виды:
- Th – терофиты
Рис. 6. Состав биоморф растений модельных площадок исследуемой территории Чинаревского месторождения
Рис. 7. Состав гигроморф растений модельных площадок исследуемой территории Чинаревского месторождения
распределение позвоночных животных: амфибий, рептилий, птиц и млекопитающих. Наиболее экологически емкими биотопами по комплексу показателей являются участки целинных типчаково-ковыльных и ковыльно-разнотравных степей (модельные площадки 4 и 5), а также пойменные участки р. Урал (модельная площадка 6). За годы исследований не выявлено значимых отличий в видовом разнообразии, численности и плотности видов животных, что свидетельствует в целом о стабильной экологической обстановке на исследуемой территории. В результате проведенных исследований установлено, что фауна территории месторождения насчитывает 241 видов беспозвоночных и позвоночных животных, а также зарегистрировано 25 редких и охраняемых видов (Acathaclisis occitanica, Calopteryx splendens, Anax imperator, Papilio machaon, Zerynthia polyxena, Proterebia afra,. Lycaena amanda, Colias croceus, Falco cherrug, Otis tarda, Bubo bubo и др.) Казахстана.
Глава 4. ПРОГНОЗ ИЗМЕНЕНИЯ СОСТОЯНИЯ ЭКОСИСТЕМ
ЧИНАРЕВСКОГО НЕФТЕГАЗОКОНДЕНСАТНОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ
Прогноз изменения окружающей среды в районе ЧНГКМ осуществлен в двух направлениях, в основе которых лежит экосистемный подход. Первое направление экологического прогнозирования состояния природных комплексов основано на изучении естественных динамических процессов в экосистемах, изменяющихся под действием абиотических и биотических факторов, независимо от функционирования ЧНГКМ. Второе направление моделирует ситуацию развития природных комплексов во времени при интенсивном развитии ЧНГКМ в штатном режиме работы, а также основывается на изучении ответных реакций экосистем на загрязнение окружающей среды в случае аварийных ситуаций.
В ходе проведения интегрированного экологического мониторинга отмечено, что в пределах СЗЗ ЧНГКМ и на сопредельных территориях преобладают степные биотопы. Значительная часть исследуемой территории, занятая ранее под пастбища (модельная площадка 3) и возделывание зерновых культур (модельная площадка 1), выведена из сельскохозяйственного оборота и находится на различных стадиях пастбищной и залежной демутационной сукцессии. В общем виде процесс восстановления степной растительности на пастбищных и залежных участках территории ЧНГКМ (площадки 1 и 3) можно представить в виде нескольких основных схем, выполненных на примере южных черноземов и суглинистых темно-каштановых почв, которые составляют основу почвенного покрова изучаемой территории. Схема залежной и пастбищной сукцессии на южных черноземах включает несколько последовательных стадий восстановления вторичной степи: бурьянистая стадия, продолжительность которой от 1 года до 3-х лет на 4–5-й годы – корневищная стадия на 6–8-й годы – мелкодерновинная стадия на 9–15-й годы – крупнодерновинная стадия с преобладанием полукустарничков на 15-й год и более господствует крупнодерновинная стадия с ксерофитным разнотравьем. На суглинистых темно-каштановых почвах схема восстановления степной растительности включает стадии: эфемеровую, продолжительностью 1–2 года на 3–5-й годы – бурьянистую стадию на 6–8-й годы – корневищно-корнеотпрысковую стадию чернополынно-прутняковую или ромашниковую стадии, которые наступают по истечении более 8 лет.
За период исследования 2003–2007 гг. отмечен процесс восстановления первичных степных ценозов в СЗЗ ЧНГКМ. Это подтверждается увеличением видового разнообразия флористического и фаунистического спектров, а также выявленными типично степными видами растений – Stipa capillata, Agropyron pectiniforme, Festuca sulcata, Verbascum phoeniceum, Berteroa incana, Gypsophila paniculata и животных – Acanthaclisis occitanica, Myrmecaelurus trigrammus, Lestes dryas, Decticus verrucivorus, Asiotmethis, Selagia argyrella, Proterebia afra, Lycaena amanda, Cicindella campestris, Adalia bipunctata, Blaps halophila, Lacerta agilis, Microtus arvalis, Ellobius talpinus. Для оценки возможного негативного промышленного влияния ЧНГКМ на окружающую среду выделены 4 растительные ассоциации-биоиндикаторы: полыни горькой (площадка 1), овсяницы желобчатой (площадка 3), типчаково-ковыльной (площадка 4) и ковыля днепровского (площадка 5), которые в отличие от отдельных видов растений являются наиболее информативными, чувствительными, динамичными биоиндикаторами состояния окружающей среды.
Анализ лимитирующих факторов техногенного воздействия нефтегазодобывающей промышленности на окружающую среду показал, что одним из наиболее опасных и самых распространенных загрязнителей природной среды при функционировании нефтегазодобывающих объектов является сырая нефть и нефтепродукты.
Для прогностического моделирования динамики состояния основных биотопов исследуемой территории ЧНГКМ в случае аварийного нефтяного загрязнения весьма важным является внедренный экологический мониторинг фонового состояния растительного покрова, который дает представление о составе растительных группировок и возможном запасе семян на исследуемой территории. В случае аварийного нефтяного загрязнения территории ЧНГКМ основной поток нефти, по нашему мнению, может причинить ущерб территории, на которой расположены биотопы бурьянистой залежи (площадка 1), полезащитных насаждений (площадка 2), участок пастбищной демутационной сукцессии (площадка 3), так как общий рельеф исследуемой территории имеет естественный уклон в сторону их расположения. С уверенностью можно предположить, что участки целинной типчаково-ковыльной степи (площадка 4), расположенные в 3,5 км от эксплуатируемых нефтяных скважин, не будут подвержены прямому техногенному воздействию в связи с возвышенностью данной территории и, в свою очередь, будут выполнять роль резервного семенного фонда. Участки целинной ковыльно-разнотравной степи (площадка 5) и пойменные участки р. Урал (площадка 6), по нашему мнению, также не будут затронуты аварийными разливами нефти в связи с их достаточной удаленностью (25 км) от эксплуатируемых нефтяных скважин.
Учитывая проведенные исследования флористического состава потенциально подверженных техногенному воздействию модельных участков 1, 2 и 3, можно предположить, что при незначительном загрязнении нефтью будут возобновляться многолетние растения, преимущественно хамефиты, более устойчивые к нефтяному загрязнению, чем гемикриптофиты, криптофиты и терофиты, образуя многовидовые растительные группировки бурьянистого характера, которые предположительно через 4–6 лет восстановления сменяются корневищной стадией с преобладанием житняка сибирского (Agropyron sibiricum), костра безостого (Bromus inermis). По мере уплотнения субстрата в первую очередь выпадают бурьяны, затем житняки. Увеличение свободной поверхности, улучшение освещения, накопление гумуса в верхнем почвенном горизонте способствуют поселению и разрастанию рыхлодерновинных злаков, а также видов семейства бобовых (Fabaceae), обеспечивающих азотом рыхлокустовые злаки и ксерофитное разнотравье. На 9–12-й годы, учитывая общую схему восстановления степной растительности, рыхлокустовая стадия сменяется крупнодерновинной стадией с преобладанием в составе травостоя кустарничков и полукустарничков. На 15-й год и более, в зависимости от интенсивности процесса восстановления степных ценозов и степени техногенного воздействия, травянистые сообщества техногенных экосистем достигают стадии перехода к замкнутому фитоценозу, в котором преимущество в развитии получают крупнодерновинные злаки, характерные для исследуемой территории ЧНГКМ.
Прогнозируя динамику состояния фаунистических комплексов территории ЧНГКМ при аварийных разливах нефти, можно с уверенностью предположить резкое сокращение численности беспозвоночных и мелких млекопитающих и выпадение из основного состава типично степных видов беспозвоночных – Acanthaclisis occitanica, Myrmecaelurus trigrammus, Lestes dryas, Decticus verrucivorus, Selagia argyrella, Proterebia afra, Lycaena amanda, Cicindella campestris, Adalia bipunctata, Blaps halophila и др. и позвоночных животных – Lacerta agilis, Mus musculus, Apodemus agrarius, Microtus arvalis, Ellobius talpinus и др., выявленных нами на исследуемой территории.
Таким образом, проведенные исследования показали, что на пастбищных и залежных участках СЗЗ ЧНГКМ идет процесс восстановления степной растительности, чему способствует пространственное ограничение хозяйственной деятельности (запрет выпаса сельскохозяйственных животных и возделывания зерновых культур), а также анемохорное переселение видов растений с близ находящихся целинных участков степи. Видовое разнообразие усиливается в направлении от простых сообществ ранних стадий естественных сукцессий до богатых видами более поздних стадий, что коррелирует с увеличением видового разнообразия, пространственного размещения и численности популяций животных исследуемой территории ЧНГКМ. В случае аварийного нефтяного загрязнения процесс демутации растительного покрова, который тесно связан с общим обилием фаунистических комплексов, будет идти по общей схеме восстановления степных ценозов, скорость которого зависит от степени нефтяного загрязнения, запаса семенного фонда, возможности заноса семян с целинных участков, способности их закрепления и прорастания на потенциально техногенных участках.
ВЫВОДЫ
1. В проектную эксплуатацию Чинаревского нефтегазоконденсатного месторождения внедрена программа интегрированного экологического мониторинга, включающая организацию стационарных пунктов контроля за состоянием почв и биологических проб, анализ фонового состояния биоты, эколого-аналитический мониторинг почв с использованием физико-химических методов.
2. Флора модельных площадок в основных биотопах исследуемой территории включает 158 видов сосудистых растений, относящихся к 115 родам и 37 семействам, из которых 18 видов занесены в Красные книги Казахстана и Западно-Казахстанской области. В таксономическом спектре ведущее место занимают семейства Asteraceae, Poaceae, Rosaceae, Fabaceae, Lamiaceae и Brassicaceae. Растения данной территории представлены 5 биоморфами: гемикриптофитами (27,3–53%), хамефитами (25,8–40,5%), фанерофитами (5,4–19,7%), криптофитами (5,8–21,2%) и терофитами (3,2–15,4%). Среди гидротипических групп доминирующими являются ксерофиты (51,5%), далее следуют ксеромезофиты (21,4%), мезоксерофиты (16,2%) и мезофиты (11,3%).
3. Фауна модельных площадок насчитывает 266 видов беспозвоночных и позвоночных животных, из которых 25 являются редкими и охраняемыми видами Казахстана. Наиболее экологически ёмкими биотопами по комплексу показателей являются участки целинных типчаково-ковыльных, ковыльно-разнотравных степей и пойменные участки р. Урал. Наибольшим видовым разнообразием энтомофауны отличаются: дубрава вейниковая (22,8% от общего количества видов насекомых), ассоциации ковыля днепровского (19,8%), овсяницы желобчатой (17,1%) и типчако-ковыльная (16,6%).
4. Разработаны методики экспрессного определения ионного состава почв с использованием единичного полупроводникового сенсора на основе антимонида галлия (GaSb). Установлено, что для почв месторождения характерно хлоридно-сульфатное и сульфатное засоление: содержание гумуса колеблется от 0,2 до 3,4%.
5. Пространственное ограничение хозяйственной деятельности в пределах санитарно-защитной зоны месторождения способствует восстановлению степной растительности, что приводит к увеличению видового разнообразия, пространственного размещения и численности популяций животных. Биоиндикационное преимущество принадлежит типично степным видам растений (Stipa capillata, Agropyron pectiniforme, Festuca sulcata, Verbascum phoeniceum и др.) и животных (Acanthaclisis occitanica, Myrmecaelurus trigrammus, Decticus verrucivorus, Selagia argyrella, Proterebia afra, Lycaena amanda, Ellobius talpinu и др.), а также растительным ассоциациям полыни горькой, овсяницы желобчатой, ковыля днепровского и типчаково-ковыльной.
6. Разработано прогностическое моделирование динамики состояния природных экосистем санитарно-защитной зоны и сопредельной с месторождением территории, определяемое цикличностью естественных сукцессионных процессов и их техногенной трансформации в случае аварийных ситуаций, позволяющее своевременно и обоснованно принимать решения по сохранению и восстановлению биоразнообразия.
СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ
* – публикация в издании перечня ВАК РФ
1. Обезьянова (Савченко) О.А. Влияние экологических факторов на формирование и реализацию семенных банков в условиях экологической дестабилизации в районе Чинаревского нефтегазоконденсатного месторождения // Теоретические и прикладные проблемы географии на рубеже столетий: Материалы Междунар. науч.-практ. конф. Алматы, 2004. С. 13–14.
2. Бурахта В.А., Обезьянова (Савченко) О.А. Применение полупроводниковых сенсоров для почвенно-аналитического мониторинга // Электроаналитика-2005: Тез. докл. Всерос. науч. конф. с междунар. участием. Екатеринбург, 2005. С. 226.
3. Бурахта В.А., Обезьянова (Савченко) О.А. Аналитические методы изучения экологического состояния почв Чинаревского нефтегазоконденсатного месторождения // Сохранение окружающей среды – важнейшая проблема современности: Материалы Междунар. науч.-практ. конф. Уральск, 2005. С. 360–361.
4. Обезьянова (Савченко) О.А. Геоботаническая характеристика степи зоны Чинаревского нефтегазоконденсатного месторождения // Исследования молодых ученых и студентов в биологии. Саратов, 2005. С. 65–70.
5. Аникин В.В., Савченко О.А. К весенней фауне чешуекрылых (Lepidoptera) Западно-Казахстанской области // Энтомологические и паразитологические исследования в Поволжье. Саратов, 2005. Вып. 4. С. 152–154.
6. Бурахта В.А., Обезьянова (Савченко) О.А. Эколого-аналитический контроль за состоянием почв Чинаревского нефтегазоконденсатного месторождения // Вестн. КазНУ. Сер. химическая. Алматы, 2006. № 2 (42). С. 130–135.
7. Аникин В.В., Савченко О.А. К фауне молей-чехлоносок (Lepidoptera, Coleophoridae) Западно-Казахстанской области // Энтомологические и паразитологические исследования в Поволжье. Саратов, 2006. Вып. 5. С. 116–117.
8. Савченко О.А., Аникин В.В., Киреев Е.А. О некоторых флористических находках в Западно-Казахстанской области // Вопросы биологии, экологии, химии и методики обучения. Саратов, 2006. Вып. 9. С. 15–18.
9. Савченко О.А., Бурахта В.А. Состав растительных ассоциаций в зоне Чинаревского нефтегазоконденсатного месторождения Казахстана // Вопросы биологии, экологии, химии и методики обучения. Саратов, 2008. Вып. 10. С. 34–35.
10. Савченко О.А. Мониторинг энтомокомплексов различных биотопов вблизи Чинаревского нефтегазоконденсатного месторождения (Западно-Казахстанская область) // Энтомологические и паразитологические исследования в Поволжье. Саратов, 2007. Вып. 6. С. 64–69.
11. Бурахта В.А., Савченко О.А. Физико-химические методы для решения задач эколого-аналитического мониторинга почв // ЭМА-2008: Тез. докл. VII Всерос. конф. по электрохимическим методам анализа. Уфа, 2008. С. 20.
12. Бурахта В.А., Савченко О.А. Эколого-аналитическая оценка природных комплексов Чинаревского нефтегазоконденсатного месторождения // Наука и образование – важнейшие факторы инновационного развития экономики страны: Материалы Междунар. науч.-практ. конф. Уральск, 2008. С. 200–204.
13. Бурахта В.А., Савченко О.А. Потенциометрические сенсоры для контроля качества почв Чинаревского нефтегазоконденсатного месторождения // Аналитические приборы: Тез. докл. III Всерос. конф. СПб., 2008. С. 136.
14. *Аникин В.В., Бурахта В.А., Савченко О.А. Комплексная оценка фонового состояния окружающей природной среды зоны Чинаревского нефтегазоконденсатного месторождения // Изв. Самар. науч. центра РАН. 2008. Т.10, №5\1 С. 1250–1256.
Подписано в печать ___________Формат 6084 1/16.
Бумага офсетная № 1. Гарнитура Таймс. Печать офсетная.
Усл. печ. л. 1,25. Тираж 100 экз. Заказ 112
Отпечатано в типографии ООО «Тироль».
410005, Саратов, ул. Чернышевского, 203.
