Млекопитающие в системе экологического мониторинга (на примере Тюменской области)

11

Примечание: добыча видов приведена в экземплярах.

Для целей же экологического мониторинга могут быть использованы только данные специальных учетов. О проблемах относительных учетов промысловых животных при мониторинге писал Н.Н.Граков (2002). Причем, учитывая наличие у животных естественных циклов колебания численности популяций (у грызунов в 3-4 года, а, например, у лося - в десятилетия), лучше использовать средние многолетние данные, скажем, по десятилетиям у крупных видов или по пятилетиям у более мелких (Таблица 11)(Фонд..., 1992; Ресурсы..., 1996).

Таблица 11.

Динамика численности промысловых млекопитающих Тюменской области по десятилетиям (тыс. особей)

Примечание:

- различия с предыдущим периодом достоверны при: * - Р< 0.05; ** - P<0.01; *** - P<0.001.

- кроме того, на 1997 г. в области насчитывалось 16200 экз. обыкновенного хомяка, 9200 экз. - всех видов сусликов, 22300 экз. - двух видов кротов (данные только по южной части области) и 11400 экз. - бурундука (данные только по южной части области) (Обзор …, 1998).

Рис. 16. Динамика ежегодной численности лося (А) и зайца-беляка (Б), выровненная по десятилетиям.

Так, например, такое усреднение указывает на достоверный рост численности лося или зайца-беляка в период 1991-2000гг. по сравнению с предшествующим десятилетием, хотя колебания численности этих видов за исследуемый период значительны (Рис.16).

V.4.8 Охрана фауны млекопитающих в Тюменской области

В результате действия, в первую очередь, целого ряда антропогенных факторов (сведение лесов, распашка целинных земель, загрязнение территории, перепромысел и браконьерская охота и т.д.) численность некоторых видов млекопитающих сократилась настолько, что их существование поставлено под угрозу (Азаров, Иванов, 1981; Азаров, 1996; Гашев, 1997 г). Семь видов млекопитающих Тюменской области занесены в «Красную книгу РСФСР» (1983) и «Красную книгу РФ» (2001), это: выхухоль русская, западносибирский речной бобр, нарвал, гренландский кит, финвал, белый медведь и атлантический морж. Выхухоль, белый медведь, атлантический морж, гренландский кит и финвал включены в «Красную книгу» Международного союза по охране природы (МСОП). А такие виды как финвал, гренландский кит, волк, белый и бурый медведи, речная выдра и рысь включены в Приложение к Конвенции о международной торговле видами дикой фауны и флоры, находящимися под угрозой исчезновения (СИТЕС) от 11 июня 1992 года.

Редкие виды млекопитающих в области охраняются в системе 4 государственных заповедников, 4 водно-болотных угодий, 59 заказников различного статуса, 3 природных парков и 24 памятников природы (Обзор …, 2001).

Кроме того, именно эта система в Тюменской области позволяет реализовать фоновый мониторинг на базе, в первую очередь, государственных заповедников: 1) «Малая Сосьва» (создан в 1976 г.) занимает площадь 225.56 тыс.га в пределах среднетаежной подзоны Северо-Сосьвинской возвышенности; 2) «Юганский» (создан в 1982 г.) занимает площадь 648.6 тыс.га Среднеобской низменности в подзоне средней тайги; 3) «Верхне-Тазовский» (создан в 1986 г.) занимает площадь 631.3 тыс.га Верхне-Тазовской возвышенности на южной границе северотаежной подзоны; 4) «Гыданский» (создан в 1995 г.) занимает площадь 878.17 тыс.га в пределах подзоны типичных тундр Гыданской гряды. Таким образом, система государственных заповедников на территории Тюменской области представляет тундровую зону, в пределах которой на п/о-ве Ямал ведется разработка газоконденсатных месторождений, северотаежную зону, в которой представлена нефтегазодобыча, и среднетаежную зону, в пределах которой добывается более 80 % общего объема нефти в области (Среднее Приобье) и характерно интенсивное развитие лесопромышленного комплекса (Сосьвинское Приобье), кроме того, в среднетаежной зоне в последние десятилетия наблюдается бурный рост городов, обуславливающий проблемы урбанизации ландшафтов. Можно отметить настоятельную потребность создания особо охраняемой территории на административном юге Тюменской области, способную обеспечить проведение фоновых мониторинговых исследований в сельскохозяйственных районах лесостепной зоны. К сожалению, в рамках имеющегося на самом юге области Белозерского заказника республиканского значения (площадь 17.85 тыс.га), проведение таких работ затруднено как в виду отсутствия штата научных сотрудников (а, значит, и финансирования научно-исследовательских работ), так и из-за небольших размеров и недостаточно строгого охранного статуса территории (кроме того, заказник функционирует только как зоологический). В этой связи, понимая малоперспективность предложения об организации здесь государственного заповедника, можно предложить функциональное объединение Белозерского заказника с Таволжанным (расположенным недалеко от первого и имеющим площадь 2.72 тыс.га), призванное повысить репрезентативность собираемых данных, а также придание обоим статуса комплексных биологических заказников федерального значения с финансированием работ по экологическому мониторингу в рамках Программы регионального экологического мониторинга, проводимых под эгидой областного комитета по охране окружающей среды временным коллективом ученых различных специальностей.

VI. МОНИТОРИНГ СОСТОЯНИЯ СООБЩЕСТВ МЛЕКОПИТАЮЩИХ

VI.1 ЭКОЛОГИЧЕСКИЙ МОНИТОРИНГ В РАЙОНАХ НЕФТЕГАЗОДОБЫЧИ

VI.1.1 Введение

Во многих районах земного шара нефть выходит на поверхность. Упоминание о подобных явлениях встречаем в старинных публикациях, и некоторые ранние сведения о них подробно изложены Селлом и Доссетом (Sell, Dosset, 1958). Естественные выходы нефти на поверхность в США отмечались еще в 1629 году, некоторые из них до сих пор загрязняют берег Южной Калифорнии. Многочисленны подобные явления и в районах Ближнего Востока. Но поистине глобальные масштабы попадание нефти в окружающую среду (на поверхность почвы, в воду) приобрело в результате добычи ее человеком. Причем, темпы добычи нефти в 20 столетии возрастали в геометрической прогрессии. Так, в 1938 году мировое производство нефти составило около 278 млн.т, в 1969 году оно достигло 2145 млн.т (Нельсон-Смит, 1977), а в начале 80-х годов превышало 3 млрд.т в год. Только в Тюменской области, вклад которой в общесоюзную добычу нефти составлял 60 %, каждые сутки тогда добывался 1 млн.т нефти.

Несовершенство технологий добычи, транспортировки и переработки нефти приводит к систематическому попаданию ее в окружающую среду, при этом теряется от 1 до 16.5 % от добычи этого ископаемого топлива (Панов и др., 1986). По данным А.М.Рябчикова (1974), потери нефти в мире составляют около 2 % годовой добычи, в этом случае только по территории Тюменской области за год в 80-х годах нашего столетия разливалось около 8 млн.т сырой нефти. Несмотря на сокращение добычи нефти, в связи с износом технологического оборудования объемы нефтяного загрязнения не сокращаются и в настоящее время. Так в 1996 году на территории Ханты-Мансийского автономного округа только в результате аварий попало в окружающую среду 7616 т нефти (на 3108 т больше, чем в 1995 году)(Обзор..., 1997), а фиксируемые аварийные разливы нефти составляют не более 10 % от реального. Масштабы нефтяного загрязнения естественных биогеоценозов растут с каждым годом. В связи с этим возникает потребность изучения влияния нефтяных разливов на все компоненты биогеоценозов. Это диктуется необходимостью проведения экологического мониторинга состояния нарушенных природных сообществ (Израэль, 1979) и необходимостью создания научной теории экологических основ охраны и рационального использования биосферы (Шварц, 1972 б; Исаченко, 1980; Блехцин, Минеев, 1981 и др.). Исторически более широко и глубоко изучалось влияние нефти на гидробионтов, а не на сухопутные организмы. Но и среди последних реакция на загрязнение среды нефтью в основном исследована для педобионтов (Ельшина, 1983; Жеребцов, 1984; Артемьева, 1985; Борисович, 1985 и др.) и растительного покрова (Захаров, Ревут, 1964; Невзоров, 1976; Freedman, Hutchinson, 1976; Blankenship, Larson, 1978; Каркишко, 1983 и др.). Влияние же нефтедобычи на наземных позвоночных животных практически не изучалось. В связи с этим изучение состояния отдельных компонентов наземных биогеоценозов, в частности, популяций мелких млекопитающих, принадлежащих к различным трофическим уровням и демонстрирующих прекрасные зооиндикационные качества, в условиях жесткого антропогенного воздействия как специфических, так и неспецифических факторов дает незаменимый материал для исследования процессов адаптации животных к ним, для изучения степени устойчивости как отдельных популяций, так и сообществ животных в целом.

В ходе данных исследований изучение влияния нефтедобычи на фауну и экологию млекопитающих впервые было проведено в тесной взаимосвязи с изучением реакции на загрязнение нефтью других компонентов биоценоза (растительности и почвенной мезофауны), что позволило в определенной степени оценить не только непосредственное , но и опосредованное действие нефти на млекопитающих. В работе проводится комплексный популяционный анализ населения мелких млекопитающих нефтезагрязненных и ненарушенных (контрольных) территорий. При этом важное значение придается изучению консументов разных порядков: грызунов, насекомоядных и мелких куньих, что позволяет оценить специфику и силу влияния нефтедобычи не только на различные виды, но и на различные биологические группы животных. Впервые реакция мелких млекопитающих на загрязнение исследована в связи с конкретной степенью загрязнения ценоза, определяемой концентрацией загрязнителя в верхнем слое почвы (а не условной цифрой количества вылитой на единицу площади нефти, трудно поддающегося учету, или глубиной проникновения нефти в почву, в значительной степени зависящей от механических свойств почвы и наличия в ней различного рода барьеров). Кроме нефтяного загрязнения рассмотрено влияние других факторов, сопутствующих нефтедобыче на фауну и экологию млекопитающих. Все это чрезвычайно важно при осуществлении комплексного интегрального мониторинга.

VI.1.2 Физико-географическое описание района исследований

Среднее Приобье находится в пределах территории Ханты-Мансийского, Нефтеюганского, Сургутского и Нижневартовского административных районов Тюменской области, которые расположены в Центральной части Западно-Сибирской равнины в среднем течении р. Оби. (Рис.17.). Согласно схеме физико-географического районирования Тюменской области (Гвоздецкий и др., 1973) район исследований входит в четыре провинции (Сургутскую, Вахскую, Аганскую и Обь-Иртышскую) лесной широтно-зональной области Западно-Сибирской равнины. Территория приурочена к тектонической структуре Обь-Енисейской синеклизы. Здесь располагаются плоские низменности: Ханты-Мансийская, Среднеобская и Сургутская, сложенные мощными озерно-аллювиальными четвертичными отложениями.

Средние абсолютные высоты 70-80 м, и только отдельные увалы поднимаются до 100-120 м. Плоские междуречья сильно заболочены. На крупных болотных массивах встречается много вторичных озер и обширных сильно обводненных мочажин. Хорошо дренированы только главным образом прирусловые валы I-й и 2-й надпойменных террас долины р.Оби.

Сведения о климате, почвах и растительности района исследований содержатся в работах И.П. Герасимова (1940), В.Б. Сочавы и др. (1953), Г.В. Крылова (1961), Е.П. Смолоногова и др. (1970, 1971), Е.И. Лапшиной (1973), С.М. Горожанкиной и др. (1978), в книге «Растительный покров Западно-Сибирской равнины» (1985) и других.

На формирование климата Среднего Приобья и в целом подзон средней и юга северной тайги Тюменской области значительное влияние оказывают континентальные сухие массы воздуха умеренных широт юго-востока Азиатского континента, а также влажные атмосферные массы Атлантики. Последние слабо трансформируются над низким Уралом и продвигаются по Западно-Сибирской равнине далеко на восток. Смягчающее и увлажняющее влияние на климат оказывают текущие с юга водные массы Иртыша и Оби, особенно в долинах. В целом, климат довольно суровый, континентальный. Средние многолетние температуры января -22-24⁰С, июля 10,5-17⁰С, сумма температур выше 10⁰С составляет 1200-1300⁰. Безморозный период длится около 100 дней. Годовое количество осадков 480-500 мм, из них 380 мм выпадает летом, испарение составляет 330 мм. Высота снежного покрова 70-80 см (Гвоздецкий и др., 1973). Снежный покров устанавливается, как правило, в первой половине октября, сходит в первой декаде мая. Глубина промерзания почвы в среднем 117 см. Преобладают юго-западные ветра. В мае ветры могут достигать штормовой силы, вызывая бурелом и ветровал деревьев в лесах. Характерны поздние весенние и ранние весенние заморозки.

Исследования по изучению влияния нефтяного загрязнения проводились в течение 4-х лет (1987-1990 гг.). По данным гидрометеостанции г.Сургута зима сезона 1986\87 гг. была снежной и мягкой. Среднемесячные температуры весны несколько превышали норму, количество осадков ниже нормы. Сход снежного покрова наблюдался в обычные сроки. Лето характеризовалось устойчивой теплой погодой. Среднемесячные температуры воздуха были близки или несколько превышали норму. Количество осадков приближалось к среднемноголетнему уровню. Дожди носили преимущественно ливневый характер. Осень была сухой и теплой. Переход среднесуточных температур через 0⁰С произошел на 10-16 дней позднее средних дат. К этому же моменту установился снежный покров.

Условия зимовки 1987-88 гг. были крайне благоприятными для мелких млекопитающих. Зима характеризовалась обилием осадков, среднемесячные температуры превышали норму. Весной наблюдалась неустойчивая погода с резкими колебаниями температуры, обильными осадками в виде дождя и снега. Сход снега произошел в начале мая. В летний период преобладала теплая сухая погода. Среднемесячные температуры воздуха превышали норму на 1-6⁰С, количество осадков было значительно ниже нормы и они носили ливневый характер. Осень характеризовалась температурами, на 8-10⁰С превышавшими норму. Количество осадков в виде снега почти вдвое превышало среднее многолетнее.

Условия зимовки 1988-89 гг. также были благоприятными для животных: при высоком уровне снежного покрова температура воздуха была около нормы, а в конце января даже наблюдалась сильная оттепель - 3-й раз за последние 60 лет. Весна была мягкой, но конец ее характеризовался обильными осадками в виде дождя и снега. Лето характеризовалось жаркой и сухой погодой (такого жаркого и сухого лета не отмечалось в этом районе уже 70 лет). Осень была теплой, вторая ее половина характеризовалась избыточным количеством осадков в виде снега.

Зима 1989-90 гг. была мягкой. Высота снежного покрова превышала норму. Весна имела ранний, но затяжной характер. Лето было жарким. Количество осадков не превышало норму (большинство их пришлось на август месяц). Начало осени было теплым, заморозки начались позднее обычного.

Условия зимовки 1990-91 гг. были благоприятными. Высота снежного покрова около нормы. Весна затяжная с возвратами холодов. Вторая половина лета теплая. Количество осадков не превышало норму.

Климатические условия и характер почвообразующих пород определяют особенности почв. На заболоченных междуречьях, сложенных глинами и суглинками, развиты торфянисто-подзолисто-глееватые почвы. На дренированных надпойменных террасах (1-й, 2-й и отчасти 3-й), сложенных песками и супесями, формируются сильноподзолистые песчаные почвы. Для высоких уровней поймы характерны дерновый почвообразовательный процесс, для средних и низких - луговой и глеево-болотный.

Распределение растительности подпровинции имеет следующий вид. На относительно дренированных окраинах междуречий, которые могут рассматриваться как аналоги плакоров на данной территории, распространены сосновые и темнохвойные леса из кедра, ели, с примесью лиственницы и пихты. Но площадь плакорных местообитаний невелика из-за заболоченности междуречий (заболоченность междуречий составляет 55%), где распространены кустарничко-сфагновые и травяно-сфагновые болота с островками сосны, кедра. Большую площадь занимает пойменная растительность, представленная лугами разных типов, зарослями ив и тополей. Часто встречаются осинники, березняки.

Район исследований представляет собой переход от северной тайги к средней. Для него характерна большая продуктивность (IV класс бонитета), большая высота (17-20 м) и сомкнутость (0.6-0.7) древостоя, возрастание роли таежного мелкотравья и зеленых мхов в составе нижних ярусов леса, в которых ведущую роль играют Vaccinium myrtillus, V. Vitis-idaea, Linnaea borealis и бореальные виды зеленых мхов Pleurozium schreberi, Hylocomium splendens.

Антропогенные воздействия на естественные геокомплексы разнообразны. Наибольшее влияние оказывают на них строительство, нефтедобыча и некоторые сопутствующие им процессы. В целом для территории подпровинции характерна концентрация хозяйственной деятельности прежде всего на сухих дренированных террасах р.Оби и ее притоков, а в пойме - на сухих гривах и приречных валах (Прокаев и др., 1979). Общая экологическая характеристика района дана в монографии «Экология Ханты-Мансийского автономного округа» (1997).

VI.1.3 Материал и методика

Исследования влияния нефтяного загрязнения на фауну и экологию мелких млекопитающих Среднего Приобья проводилось в 1987-1993 гг. на территории Нефтеюганского, Сургутского и Нижневартовского административных районов Тюменской области (Рис. 17.). В течение этих лет заложена 77 пробных площадей в различных (преимущественно лесных) биотопах, на 7 из них проводились многолетние исследования.

Пробные площади по степени загрязнения разделены на 3 группы: слабое загрязнение (менее 15% нефти), среднее (15-45%) и сильное (более 45% нефти). Степень загрязнения определялась по концентрации нефти в лесной подстилке гравиметрически после хлороформенной экстракции. Исследовалось содержание нефти в различных горизонтах почвенного профиля с 5-сантиметровым интервалом.

По срокам загрязнения пробные площади делились на очень свежие разливы (до 1 года), свежие (до 4 лет), старые (от 4 до 10 лет) и очень старые (более 10 лет). Заключение о сроках того или иного разлива нефти, примерных количествах вылитой нефти, ее обводненности составлялось на основании данных нефтегазодобывающих управлений (НГДУ) и цехов по добыче нефти и газа (ЦДНГ). Сроки разлива уточнялись по характеристикам остаточного нефтепродукта (содержание н-алканов С₁₂-С₁₆, значение коэффициента биодеградации и др.), определяемым в лаборатории судебной экспертизы Тюменского ОУВД по стандартным методикам (Крищенко, Агеева, 1987; Столяров и др., 1988 и др.).Суммарный уровень -и - радиации определялся с помощью прибора ДП-5 В.

Отлов животных на пробных площадях проводился давилками Геро, выставляемыми по 50 штук в ловчую линию на площадках, подвергшихся в той или иной степени нефтяному загрязнению, и на контрольных площадках, заложенных в тех же биотопах в пределах до 0,5 км от опытных. Отработано 13270 ловушко-суток. Поймано 1216 зверьков (489 - на загрязненной и 727 - на чистой территории), принадлежащих к 3 отрядам: Грызуны (Rodentia), Насекомоядные (Insectivora) и Хищные (Carnivora) (Табл. 24).

Зимние маршрутные учеты мелких куньих и белки проводились как на территории разрабатываемых месторождений нефти, так и в местах, не подвергшихся влиянию нефтедобычи, служащих контролем. Данные автора по численности охотничье-промысловых видов животных дополнены материалами Нижневартовского районного общества охотников и рыболовов (РОО и Р).

Популяционный подход был принят нами за первостепенный при изучении вопросов, связанных с воздействием факторов антропогенной природы на мелких млекопитающих. Данный подход оперирует с населением особей, суммарные характеристики которого в целом отражают совокупную реакцию животных на факторы воздействия.

VI.1.4 Краткая характеристика нефтяного загрязнения

Характеристика нефтяных разливов

По масштабам воздействия на биогеоценозы загрязнение территории нефтью, минерализованными водами и химическими реагентами, применяемыми при бурении и обслуживании скважин, занимает ведущее место из всех остальных антропогенных факторов, сопутствующих нефтедобыче: на его долю приходится 42,3% всех нарушенных территорий (затем в порядке уменьшения значимости идут механические повреждения деревьев, подроста, подлеска, напочвенного покрова и почв - 33,5 %; затопление и подтопление территории грунтовыми водами вдоль дорог и некоторых площадных объектов -19.7 %; воздействие факелов по сжиганию попутного газа и неутилизированной части углеводородного сырья - 4,5%) (Захаров, 1989). В целом же, по данным аэрофотосъемки, например, в Нижневартовском районе на Мегионском, Аганском и Ватинском месторождениях общая площадь нарушенных земель составляет 12-13 %, на Орехово-Ермаковском - 33.6 %, а на Самотлорском около 90 %.

Наши исследования показали, что ландшафтные физико-географические особенности районов расположения того или иного месторождения нефти определяют и ряд различий в характере нефтяного загрязнения на каждом из них (Гашев и др., 1996; Бобов и др., 1998).

С 1985 по 1998 год наземному обследованию были подвергнуты 13 месторождений нефти Нижневартовского района: Аганское, Южно-Аганское, Ватинское, Мегионское, Мыхпайское, Мало-Черногорское, Тагринское, Ермаковское, Ван-Еганское, Лор-Еганское, Ай-Еганское, Белозерная и Приобская части Самотлорского месторождения, - с общей площадью 158.6 тыс. га. Картировались все разливы нефти или минерализованных вод площадью более 1 сотки. По результатам обследования выделено 3 основных типа ландшафтов, характерных для данной территории и имеющих существенные различия по плотностям загрязнения и характеру распределения загрязнителя в биогеоценозах: 1) дренированный холмисто-увалистый ландшафт возвышенности (Аганский увал) и высоких уровней поймы; 2) ландшафт водораздельных пространств, характеризующийся выположенным рельефом и высокой степенью заболоченности; 3) плоский ландшафт низких уровней поймы р.Оби.

Характеристика общего загрязнения обследованной территории представлена в таблице 12 . При этом надо иметь в виду, что чисто солевое загрязнение встречено в 7-10 раз реже нефтяного и нефте-солевого. Территории, загрязненные минерализованными водами, способны к достаточно эффективному самоочищению в условиях высокой обводненности Западной Сибири. Однако, при этом необходимо учитывать, что вымываемые соли попадают в гидрологическую систему притоков р.Оби. Так, например, содержание хлоридов в р.Ватинский Еган, его притоках и озерах (в пределах Самотлорского месторождения) превышает фоновое в 2.5 - 180 раз.

Анализ полученных материалов показал, что если количество разливов тесно связано с технологией, объемами добычи и продолжительностью эксплуатации производственного оборудования (имеется прямая сильная зависимость числа разливов на единицу площади от времени эксплуатации месторождения: = 0.993.00 при t =334.18), то площадь загрязненной территории месторождений зависит от объемов разлитой нефти и характера рельефа местности. Все это необходимо учитывать при организации мероприятий регионального экологического мониторинга в нефтедобывающих районах.

В среднем на квадратный километр месторождения с дренированной территорией приходится 0.75 разлива площадью 0.44 га. На болотных ландшафтах количество разливов увеличивается до 1.1, а площадь возрастает до 1.88 га. Таким образом, доля загрязненных земель на месторождениях дренированных территорий с увалистым рельефом в 4.2 раза меньше таковой на выположенных заболоченных пространствах (Табл. 12).

Около половины обследованной территории (49 %) приходится на плоские сильно заболоченные ландшафты водораздельных пространств, здесь сосредоточено 61.2 % загрязненных участков, составляющих 79.4 % от общей площади нефтяного загрязнения. Общая выравненность рельефа, высокий уровень грунтовых вод, несвоевременность ликвидации аварий вследствие ограниченной транспортной доступности способствуют широкому растеканию нефти в разные стороны от места попадания ее в окружающую среду и незначительному проникновению загрязнителя в глубину почвенного профиля. На верховых олиготрофных болотах Среднего Приобья сосредоточены самые крупные по площади разливы нефти.

Таблица 12 .

Ландшафтные особенности нефтяного загрязнения территории обследованных месторождений

Разливы в пойменных биогеоценозах составляют особую группу загрязненных земель, обладающих рядом специфических качеств, важных в экологическом отношении: значительный диапазон сезонного колебания уровня воды, проточность, рыбохозяйственная ценность пойменной системы реки Оби и ее притоков, а также сильная связь со средой обитания водных организмов (в том числе, млекопитающих), в случае загрязнения подвергающихся более жесткому влиянию поллютантов. Размеры загрязненных участков пойменных ландшафтов сопоставимы с таковыми плоских водораздельных равнин, что объясняется аналогичной выположенностью рельефа, однако общая плотность загрязнения в пойме значительно ниже.

Загрязненные территории в увалистых ландшафтах имеют вытянутую форму и занимают в большинстве случаев естественные понижения, представленные в этом районе долинами ручьев. Миграция загрязнителя по склонам возвышенных участков рельефа в понижения и подтекание его по горизонту А₀ обусловливает наличие значительных по площади (5-30 % от площади разлива) переходных зон, в которых сохранность биоценоза выше, чем на основной территории разлива. В зоне верховых олиготрофных болот разливы имеют преимущественно округлую форму. Незначительная величина проникновения загрязнителя в глубину почвенного профиля и низкая скорость миграции нефтепродуктов в направлении стока поверхностных вод в сочетании с кумуляцией эмульгированной нефти на поверхности растительности и в торфяной массе (Отчет «Определить миграцию...», 1983) приводит к сравнительно однородному загрязнению, переходные зоны по периферии разливов практически не выражены. В пойме разливы нефти имеют несколько вытянутую (в направлении тока паводковых вод) форму, хотя границы их в значительной степени размыты.

Биотопические особенности распределения нефтезагрязненных земель приведены в таблице 13 .

Таблица 13.

Биотопическая приуроченность разливов нефти

Основная нагрузка приходится на экосистемы открытых болотных пространств, заболоченные леса и водную поверхность. Значение продуктивных типов леса в структуре биотопической приуроченности в среднем незначительно (8.9 %), но для отдельных месторождений (территория Аганского увала) может составлять более 50 %. Обычно это зеленомошные и долгомошные хвойные и смешанные леса.

В структуре площадей нефтяных разливов доля земель с сильным загрязнением на месторождениях варьирует от 16 до 27.2 %, а слабо загрязненные площади составляют от 23 до 37 %. Остальная площадь разливов приходится на участки со средней степенью загрязнения.

На основании наших данных по модельному участку - водосборному бассейну р.Ватинский Еган, можно с достаточной точностью рассчитать масштабы нефтяного загрязнения водосборной территории р.Оби в пределах всего Ханты-Мансийского автономного округа, на территории которого добывается 82 % нефти Тюменской области, и который вносит основной вклад в загрязнение р.Оби нефтяными углеводородами. Расчет по 155 действующим нефтяным месторождениям Ханты-Мансийского автономного округа в соответствии с основными природными ландшафтами приведен в таблице 14.

Таблица 14.

Масштабы нефтяного загрязнения территории Ханты-Мансийского автономного округа

Таким образом, в целом по территории Ханты-Мансийского автономного округа загрязнено нефтяными углеводородами около 40 тыс.га земель, что несколько больше официальных данных на 1994 год по 147 осваиваемым месторождениям - около 30 тыс.га (Обзор ... , 1995). Однако, учитывая нарастающие темпы роста нефтяного загрязнения (если количество аварий в округе в 1992 году увеличилось по сравнению с 1991 годом на 51, то этот прирост в 1993-1994 годах составил уже 705 аварий), можно признать официальные цифры достаточно близкими к расчетным.

Данные же по засоленным территориям : 25 тыс. га (Обзор ..., 1995) - являются сильно преувеличенными, т.к. они основаны на материалах актов об авариях и не учитывают естественную динамику рассоления территорий (Соромотин, Гашев, Казанцева, 1996). По нашим расчетам эта площадь составляет не более 4.0 тыс. га и относится, в основном, к болотным территориям.

В пределах Ямало-Ненецкого автономного округа нефтяных и нефтегазовых месторождений в водосборном бассейне р.Обь нет. Все они расположены в бассейне рек Пур (более 90 %) и Таз. Общая площадь 42 эксплуатируемых нефтяных и нефтегазовых месторождений в округе составляет около 9810 кв.км.

По данным областного комитета по окружающей среде и природным ресурсам, процент загрязненных нефтью земель на юге Ямало-Ненецкого автономного округа составляет около 7 % от территории месторождений (Обзор..., 1995). Однако, эта цифра может быть справедлива лишь для локальных участков некоторых месторождений, а в среднем вряд ли превышает аналогичный показатель по Ханты-Мансийскому автономному округу - 1.2 %, где нефтедобыча ведется давно и более интенсивно. Исходя из этих данных, можно предположить, что площадь нефтезагрязненных земель в Ямало-Ненецком автономном округе составляет около 117.7 кв.км.

Необходимость исследования экосистем нефтезагрязненных участков на суше диктуется высокой степенью связи степени загрязнения нефтью площади водосбора и степени загрязнения аренами, алканами и смолами воды и грунтов озерно-речной системы (коэффициенты корреляции от 0.79 до 0.99) с ее наиболее уязвимыми компонентами фауны (Гашев, Казанцева, 1998).

Хотя доля водной поверхности с нефтяной пленкой в общем загрязнении, как правило, невелика, реальное загрязнение водных экосистем намного выше за счет водорастворимых углеводородов и тех их фракций, которые накапливаются в донных отложениях. Но они могут быть обнаружены лишь при химических анализах, количество которых ограничено по целому ряду причин. Учитывая, что значительное количество нефти в водотоки малых рек попадает за счет миграции с водосборной площади, можно предположить, что степень загрязнения водных экосистем должна зависеть от степени загрязнения водосборной площади, в частности от процента загрязненной нефтью площади водосбора. Это подтверждают результаты наших исследований (Табл. 15).

Таблица 15.

Зависимость загрязненности нефтью водной экосистемы р.Ватинский Еган от процента загрязнения территории водосборной площади.

Из этих данных видно, что особенно сильное накопление углеводородов имеет место в донных отложениях, где разница между зонами сильного и слабого загрязнения не превышает 3 раз, тогда как для толщи воды этот показатель составляет от 4.5 до 32.5 раз. Таким образом, нефтезагрязненные площади являются источниками длительного нефтяного загрязнения водотоков ниже по течению, но особенно сильно загрязнены водоемы на территориях месторождений. Эта закономерность отчетливо проявляется и в масштабах водосборной площади всего Ханты-Мансийского автономного округа .

Таким образом, характер антропогенного воздействия на естественные биогеоценозы при нефтедобыче отличается от такового в зоне действия выбросов металлургических и химических комбинатов. Если в последнем случае формируется техногенный ландшафт со сравнительно равномерным на большой площади распределением поллютантов. То в первом - загрязнению подвергаются небольшие по площади участки, образующие более или менее плотную мозаику на территории эксплуатируемого месторождения нефти. Это накладывает отпечаток и на характер ответных реакций тех или иных компонентов биогеоценозов, в частности, мелких млекопитающих.

Трансформация сырой нефти на загрязненной территории

При попадании нефти и нефтепродуктов в почву изменяется весь комплекс свойств почвы, характеризующих ее плодородие: ухудшаются физические свойства, изменяется почвенный поглотительный комплекс, резко снижается содержание подвижных соединений азота и фосфора, развивается солонцовый процесс (Никифорова и др., 1987). В загрязненных почвенных горизонтах уменьшается кислотность почвенного раствора, происходит увеличение содержания органического вещества (трудногидратированной фракции и гумина) за счет компонентов нефти. Резко изменяется интенсивность окислительно-восстановительных ферментативных процессов. С этими биохимическими процессами связан распад нефти в почве. Важнейшими деструкторами остатков нефти у почвенных микроорганизмов являются ферменты каталаза и дегидрогеназа. В загрязненных почвах происходит снижение активности каталазы из-за избытка органического вещества, обогащенного серой, сероуглеродом, меркаптанами, являющимися ингибиторами этого фермента (Хазиев, Фатхиев, 1981). Попадая в почву легкого механического состава, легкие фракции нефти просачиваются вниз по профилю, заполняя капилляры, микропоры, тещины. В связи с этим создается анаэробный режим почв, они становятся водонепроницаемыми. Густые фракции нефти накапливаются на поверхности почвы, создавая мощные корки (Самосова и др., 1989).

Реакция почвенных микроорганизмов на нефтяное загрязнение зависит от концентрации нефти в субстрате. Как показывают исследования Д.Г. Звягинцева и др. (1989), для дерново-подзолистых почв можно выделить четыре качественно отличных уровня загрязнения. При низком уровне (зона гомеостаза) от 0 до 0,7 мл/кг почвы наблюдаются количественные изменения микробиологических показателей, часто слабо отличимые от контроля. Для среднего уровня загрязнения (зона стресса) от 0,7 до 50,0 мл/кг характерны качественные изменения в составе почвенной микробиоты и интенсивные количественные изменения микробиологических процессов в почве. При высоком уровне (зона резистентности) от 50,0 до 300,0 мл/кг происходит смена доминирующих форм. Интенсивность разложения нефти достигает максимальных значений. Для очень высокого уровня (зона репрессии) - выше 300,0 мл/кг (более 24% нефти) характерно практически полное подавление развития микроорганизмов в почве и ингибирование микробиологических процессов. Уже при загрязнении почвы 0.5% нефти подавляется нитрифицирующая способность почвенных микроорганизмов (Ахмедов и др., 1988).

Наряду с зависимостью активности разложения нефти от концентрации нефти в почве, выявлены временные закономерности физико-химических и биохимических процессов утилизации нефти в почве. Основные процессы, происходящие с нефтью, попадающей на поверхность почвы, представлены на рисунке 18.

Исследования хлороформенных экстрактов остаточных нефтей (Оборин и др.,1988) показали, что деградация нефти в почве протекает в три этапа.

Первый этап (продолжительностью 1-1,5 года) характеризуется физико-химическими процессами, включающими распределение углеводородов в толще почв, испарение, вымывание, ультрафиолетовое облучение. Наиболее интенсивно подвергаются этому воздействию нормальные алканы С₁₂-С₁₆, полностью исчезающие к концу первого года инкубации. Микробиологические исследования показали значительное подавление почвенной микрофлоры, т.е. биохимическая активность почвы в этот период сильно снижена и основная роль в окислении нефти принадлежит физико-химическим факторам.

Биологические исследования почв второго этапа показали вспышку численности микроорганизмов, что характеризует активный процесс биологического окисления остаточного нефтепродукта. Биодеградация осуществляется в основном за счет гетеротрофных аэробных бактерий, количество которых в верхнем горизонте почвы даже через 4 года после разлива в 23 раза выше фонового. Конец второго этапа характеризуется снижением численности микроорганизмов.

Время начала третьего этапа определяется по исчезновению в остаточном нефтепродукте исходных и вторичных углеводородов и соответствует 58-62 месяцам после разлива нефти. По структурно-групповому составу выделенные углеводороды резко отличаются от исходной нефти низким содержанием метано-нафтеновых и высоким содержанием смолистых фракций. С химической точки зрения процесс разложения нефти завершается не менее, чем через 25 лет.

Сходные изменения структуры нефти при микробиологическом окислении в лабораторных условиях наблюдали И.В. Гончаров и др. (1988). При боидеградации в нефти уменьшается содержание насыщенных алканов нормального, а затем и изостроения. Увеличивается значение коэффициента биодеградации К_i (пристан + фитан)/(н-С₁₇ + н-С₁₈).

Как показывает анализ молекулярно-массового распределения н-алканов в нефтепродуктах, выделенных из почв на разных по давности разливах нефти Вахского месторождения, через полгода уже отсутствуют углеводороды с температурами кипения до 200⁰С. Еще год содержание токсичных фракций (С₁₂-С₁₄, С₁₅-С₁₆) снижается в 3,4 раза. Через 4 года н-алканы вообще не обнаруживаются (Рис.20).

Резкое увеличение К_i говорит об активном биодеградационном процессе с остаточной нефтью (Соромотин, Гашев и др., 1989)(Рис.18 ).

Рабочая гипотеза развития процессов деградации нефти на поверхности почвы представляется нам следующим образом (Отчет «Разработать ...», 1990): сырая нефть, содержащая до 50 % легких (t кипения до 200⁰С) наиболее токсичных фракций (Телегин и др., 1988; Гашев, Гашева, Соромотин, 1991), подвергаются в первую очередь физико-химическому воздействию: испарение, УФ-облучение, вымывание и др. В результате этого легкие и водорастворимые углеводороды, разлагаясь, мигрируют с места разлива. Остаточный тяжелый битуминизированный нефтепродукт подвергается биохимической деградации, причем интенсивность этого процесса находится в зависимости от концентрации нефтепродукта в субстрате и от времени, прошедшего с момента разлива. На этом мы основывали и методы рекультивации нефтезагрязненных лесных земель в Среднем Приобье (Дядечко и др., 1990).

Рис. 18 . Общая схема процессов распределения и трансформации разлитой на поверхности почвы нефти

4

Биоразложение осуществляется, в первую очередь, аэробными микроорганизмами, использующими для своего развития энергию окисления составных компонентов нефти (Андерсон, Вьюченко, 1977). Большие количества нефти, препятствуют аэрации почвы, затрудняют процесс самоочищения, растягивая его на десятки лет.

Рис. 19. Молекулярно-массовое распределение н-алканов в пробах почвы среднетаежной зоны с разливов нефти разной давности:

проба 1 (К_i=1.39) - 0.5 года; проба 2 (К_i=3.41) - 1.5 года.

Рис. 20. Динамика коэффициента биодеградации нефти после разлива нефти зимой 1995 года в лесостепной зоне Тюменской области.

Таким образом, следует выделить ряд градаций разливов нефти не только по концентрации нефтепродуктов в почве, но и по давности. По нашему мнению, «очень свежие» разливы (возрастом до 1,5 лет) соответствуют первому этапу деградации с преобладанием физико-химических процессов. Исчезновение нормальных алканов (на 4-5 год после разлива) должно служить критерием перевода нефтезагрязненных территорий в разряд «старых». «Свежие» разливы характеризуются наличием в загрязнителе этих углеводородов. К «очень старым» разливам можно отнести разливы с возрастом более 10 лет, где начинаются процессы восстановления естественных микробоценозов.

Токсикология нефтяного загрязнения

Вопросы токсикологии нефтяного загрязнения разработаны в приложении к гидробионтам (Wiebe, 1935; Toman, Stota, 1959; Ottway, 1971 и др.), высшим растениям (Мinshall, Helson, 1949; Currier, Peoples, 1954; Van Overbeek, Blondeau, 1954, Baker, 1970, 1971 и др.), млекопитающим (Кулябко, Овсянникова, 1899; Coomes, Haser, 1984; Holland, From, 1984; Панов и др., 1986; Hall, Coon, 1988 и др.). Но практически все работы посвящены лабораторным исследованиям токсических, канцерогенных или мутагенных свойств отдельных компонентов нефти, тогда как нефть представляет собой смесь различных веществ (Рис. 21).

Рис. 21. Основные компоненты, входящие в состав сырых нефтей.

Исходя из структуры сырых нефтей, известных химических свойств отдельных ее компонентов и относительного однообразия действия их на живые организмы, попытаемся дать обобщенное представление о токсическом действии нефтяного загрязнения на млекопитающих.

Известно, что токсичность чистых углеводородов нарастает в следующем порядке: парафины с прямой цепью (алканы), олефины (алкены), циклопарафины (нафтены), ароматические углеводороды (арены). В пределах каждого ряда более мелкие молекулы оказывают более сильное действие, чем тяжелые. Октан и декан токсичны, а додекан и высшие парафины почти безвредны. Однако олефины С₁₂ оказывают заметное вредное действие, а ароматические углеводороды С₁₂ могут быть крайне токсичными. Как правило, токсичность углеводородов обратно пропорциональна их растворимости в воде или температуре кипения, независимо, к какому классу они относятся. Полициклические ароматические углеводороды практически не токсичны, но многие из них обладают канцерогенным действием.

Алканы, химически наименее активные среди органических веществ, обладают сильным наркозным действием. В связи с их малой растворимостью в воде и крови требуется весьма высокое содержание их в воздухе, чтобы создавались токсические концентрации в крови. Поэтому в обычных условиях низшие алканы физиологически мало активны. Углеводороды С₅-С₈ оказывают умеренное раздражающее действие на дыхательные пути. Высшие члены гомологического ряда более опасны при действии на кожные покровы, а не при ингаляции паров (Вредные химические вещества. Углеводороды. ... , 1990).

Алкены действуют по типу наркозных средств, но действие их при вдыхании выражено сильнее, чем у соответствующих алканов. Местное действие алкенов слабо выражено. Алкадиены характеризуются еще более сильным раздражающим действием. Хронические отравления характеризуются гиподинамическими нарушениями, дистрофическими изменениями печени и почек, раздражением кроветворных органов. Обладают мутагенной активностью, увеличивают частоту злокачественных опухолей (Вредные химические вещества. Углеводороды. ... , 1990).

Нафтены по общему характеру токсического действия сходны с алканами, но наркозный эффект у них более выражен. Биохимические и гистологические сдвиги в тканях во время наркоза незначительны. Начиная с циклопентана, нафтены вызывают воспалительную реакцию кожных покровов (Вредные химические вещества. Углеводороды. ... , 1990).

Основную массу ароматических структур составляют моноядерные углеводороды (ОАУ) - гомологи бензола. Полициклические ароматические углеводороды (ПАУ) содержатся в нефти в количестве от 1 до 4%.

Арены наиболее токсичные компоненты нефти. Моноядерные углеводороды оказывают более быстрое токсическое воздействие на организмы, чем ПАУ, которые медленнее проникают через мембраны, действуют более длительное время, являясь хроническими токсикантами. Среди ПАУ большое внимание обычно уделяется 3,4-бензо(а)пирену как наиболее распространенному представителю канцерогенных веществ (Пиковский, 1988).

Углеводороды влияют на чувствительность организмов к химическим веществам.

Нафтеновые кислоты растворимы в воде и легко выщелачиваются из сырой нефти. Они являются крайне токсичными. Гатсел (Gutsell, 1921) и Голтсоф (Galtsoff, 1936) сообщают, что основным токсическим компонентом бакинской нефти является циклогексакарбоновая кислота. Вместе с тем имеются данные о нафтеновых кислотах как о стимулирующих веществах (НРВ) при действии на живой организм (Караев, 1965; Абдуллаев, Бейбутова, 1965 и др.)

Токсическим эффектом обладают и соединения группы фенолов. При отравлении фенолом отмечается белковое, а затем жировое перерождение паренхиматозных органов, мелкие кровоизлияния во внутренних органах и в тканях мозга. Смолы и асфальтены относятся к высокомолекулярным неуглеводородным компонентам нефти. Достаточных данных о токсичности органической части смол и асфальтенов не имеется. Они содержат основную часть микроэлементов нефти, в том числе почти все металлы. Общее содержание микроэлементов в нефти - сотые и десятые доли процента. С экологических позиций микро- и макроэлементы нефти можно разделить на две группы: нетоксичные и токсичные. К нетоксичным и малотоксичным элементам нефти относятся: Si, Fe, Al, Mn, Ca, Mg, составляющие большую часть золы нефти.

В то же время V, Ni, Co, Pl, Cu, U, As, Hg и другие в случае повышенных концентраций могут оказывать токсическое воздействие на биоценоз. В частности, хроническая урановая интоксикация характеризуется политропным действием урана на различные органы и системы. Хорошо известно токсическое действие мышьяка и свинца.

Среди токсичных металлов наиболее распространены V и Ni (концентрации их в нефти могут достигать соответственно 0, 04 и 0, 01%. Соединения этих элементов нефти действуют как разнообразные яды, угнетая ферментативную активность, поражая органы дыхания, кровообращения, нервную систему, кожу (Пиковский, 1988). Токсическое действие тяжелых металлов охарактеризовано М.Д.Швайковой (1975), а канцерогенность некоторых из них - в книге «Канцерогенные вещества» (1987).

Обычно нефть содержит около 98% углеводородов, остальная часть приходится на соединения, в состав которых входят O, N, S и другие микроэлементы (Даутов и др., 1982).

Соотношения указанных компонентов в различных типах сырых нефтей могут быть неодинаковы, это необходимо учитывать при проведении исследований в том или ином геолого-географическом районе. Так, например, ароматических углеводородов с одним кольцом больше в тяжелых, смолистых, сернистых нефтях, которые сосредоточены в Центральной части Западно-Сибирского нефтегазового района (с центром в г.Сургут), а полициклических аренов - в нефтях с меньшим содержанием тяжелых фракций, по периферии района. В отношении нафтенов имеет место скорее обратная зависимость (Гончаров, 1987).

Сырая нефть нарушает функционирование ферментных и белковых систем многих морских растений и животных, причем, можно ожидать, что высшие ароматические углеводороды должны оказывать особенно заметное влияние на липопротеины (Manwell, Baker, 1967). Обнаружено, что после проглатывания с кормом различных нефтей у подопытных животных наблюдалась липоидная пневмония, сильная ирритация кишечника, ожирение печени, увеличение надпочечной железы и различные некрозы (Hartung, Hunt, 1966). Отмечается раздражение глаз и слизистых оболочек при попадании на них нефти. Токсическое и канцерогенное действие отдельных компонентов сырых нефтей нарушает нормальных ход эмбриогенеза (Elmhirst, 1922; Миронов, 1967 и др.).

Загрязненный нефтепродуктами шерстный покров животных теряет свои гидрофобные и теплоизоляционные свойства, что, в свою очередь, вызывает повышенную смертность животных.

Естественно, что с экологической точки зрения мало просто установить токсичность тех или иных компонентов сырой нефти или даже всего комплекса загрязнителей. Необходимо выяснить закономерности миграции и накопления токсикантов в экосистемах, изучить воздействие нефтяного загрязнения на различных трофических уровнях, на различные внутрипопуляционные группы животных. Интересная пионерная работа проделана В.С.Безелем (1987) в отношении некоторых тяжелых металлов (ртути, свинца и цинка). Экологическая же токсикология нефтяного загрязнения наземных биогеоценозов представляет собой практически неисследованную к настоящему времени проблему. Есть данные лишь о миграциях и трансформациях в организмах и экологических системах некоторых ПАУ (Boyland, 1950; Young, 1950; Hueper, Conway, 1964; Scaccini et al, 1970; Shelton,1971 и др.)

Таким образом, в своих исследованиях мы имеем дело с неким «черным ящиком», зная лишь о входящей информации, выходящей из него (судя о ней по реакции различных компонентов системы или всей системы в целом на нефтяное загрязнение той или иной степени). Но и подобные исследования в случаях, когда будут установлены достоверные корреляционные зависимости между воздействием на систему и ее ответом на это воздействие, имеют достаточно большое значение для целей экологического нормирования нефтяного загрязнения, даже если механизмы этого воздействия будут не вполне изучены.

VI.1.5 Влияние нефтедобычи на фауну и экологию млекопитающих

Состояние проблемы

Исследуя влияние нефтяного загрязнения на млекопитающих, необходимо иметь в виду, что они имеют непроницаемый покров и дышат воздухом, поэтому физиологическое действие нефти, ее токсичных компонентов, в основном ограничивается их поглощением при чистке шерстного покрова, а также в процессе питания. Но мы имеем дело не только с непосредственным токсическим воздействием нефти на животных, но и воздействием опосредованным через биоценотические изменения в сообществах, вызванные нефтяным загрязнением. Это - осветление вследствие усыхания деревьев и кустарников, увеличение роли захламленности для передвижения по загрязненной территории и для устройства гнезд мелкими млекопитающими, изменение пресса со стороны хищников и конкурирующих видов, изменение кормовой базы (ее качественного и количественного состава) и др.