CC BY
117
АНТРОПОГЕННЫЙ ПРЕСС НА ЭКОСИСТЕМЫ СЕВЕРНОЙ ТАЙГИ И ПОЧВЕННАЯ МИКРОБОБИОМАССА
Михаил Владимирович Якутии
Институт почвоведения и агрохимии СО РАН, 630099, г. Новосибирск, ул. Советская, 18, доктор биологических наук, старший научный сотрудник лаб. Биогеоценологии, тел. (383)222-54-15, e-mail: [email protected]; СГГА, Новосибирск, профессор кафедры экологии и природопользования
Андрей Геннадьевич Шарикалов
Сибирская государственная геодезическая академия, 630108, г. Новосибирск, ул.
Плахотного, 10, аспирант кафедры экологии и природопользования, тел. (383)361-08-86, email: [email protected]
Александр Игоревич Шепелев
Сургутский государственный университет ХМАО - Югры, 628403, Тюменская обл., г. Сургут, пр. Ленина, 1, доктор биологических наук, профессор кафедры ботаники, (346)276-31-52, e-mail: [email protected]
Оценивается уровень биомассы почвенных микроорганизмов в антропогенно-нарушенных экосистемах северной тайги. Делается вывод о возможности использования почвенно-микробиологических методов в практике почвенно-экологического мониторинга в таежной зоне.
Ключевые слова: Западная Сибирь, северная тайга, почва, биомасса микроорганизмов, нефтегазодобыча, антропогенный пресс, почвенно-экологический мониторинг.
ANTHROPOGENOUS PRESS ON THE NORTHERN TAIGA ECOSYSTEMS AND SOIL MICROBIOMASS
Mikhail V. Yakutin
Institute of Soil Science and Agrochemistry SB RAS, 18 Sovetskaya, Novosibirsk, 630099, ScD, senior researcher, laboratory of biogeocenology, tel. (383)222-54-15, e-mail: [email protected]; SSGA, Novosibirsk, professor of department of ecology and wildlife management
Andrei G. Sharikalov
Siberian State Academy of Geodesy, 10 Plakhotnogo, Novosibirsk, 630108, post graduate student, department of ecology and wildlife management, tel. (383)361-08-86, e-mail: [email protected]
Alexandr I. Shepelev
Surgut State University, 1 Lenin avenue, Surgut, Tyumen region, 628403, ScD, professor of department of botany, (346)276-31-52, e-mail: [email protected]
The level of a soil microbial biomass in the antropogen-broken ecosystems of northern taiga is estimated. The conclusion about possibility of use of soil-microbiological methods in the soil-ecological monitoring practice in a taiga zone is becomes.
Key words: Western Siberia, northern taiga, soil, a biomass of microorganisms, oil and gas recovery, an anthropogenous press, soil-ecological monitoring.
Нефтегазодобывающая промышленность в северных районах Западной Сибири является основным агентом воздействия на природные экосистемы. Остальные агенты антропогенного пресса: лесное хозяйство, городская
промышленность, коммунальное хозяйство, дорожно-транспортная сеть, - по масштабам и глубине своего влияния несоизмеримы со специфическим воздействием нефтегазодобычи и опосредовано связаны с ней [1].
Цель данной работы состояла в анализе особенностей изменения почвенной микробобиомассы в подзоне северной тайги под влиянием антропогенного пресса, связанного с нефтегазодобычей. Для этого были использованы собственные и литературные данные.
Исследования были проведены в Ямало-Ненецком автономном округе в окрестностях г. Тарко-Сале и г. Ноябрьск. На Ханчейском газовом месторождении нарушения сводились к вырубке леса для создания вертолетной площадки или к засыпанию песком низинного болота для создания основания кустовой площадки. На Холмогорском и Пограничном нефтяных месторождениях изучались участки, испытавшие на себе влияние разлива подтоварных вод. В соответствии с почвенно-географическим районированием изученные месторождения находятся в границах Обско-Пуровской провинции глеево-слабоподзолистых и подзолистых иллювиально-гумусовых почв. Болотные почвы в структуре почвенного покрова составляют около 50% [2].
Строительство и функционирование нефтепромысловых объектов связано с уничтожением на отдельных участках естественных биологических сообществ. Это приводит к изменениям в условиях существования смежных с ними экосистем, к изменению ландшафтных взаимосвязей на территории в целом и к возникновению новых экосистем на месте уничтоженных. Изменения рельефа на территории месторождений происходит при отсыпки песчаным грунтом дорожных дамб, кустовых оснований и других промышленных площадок, а также при образовании карьерных выработок. Песчаная поверхность быстро высыхает после дождя, а сухой грунт местообитаний медленно зарастает. Отсыпка песчаного грунта на болотных и аллювиальных луговых почвах фактически превращает их в потенциально лесные. Уже в процессе эксплуатации месторождения по периферии отсыпок начинается формирование ивовых молодняков. По завершению эксплуатации с последующей рекультивацией и возобновлением древесных пород они могут быть переведены в категорию лесных земель [1, 3].
Отсыпные дорожные дамбы, проложенные по болотной территории, часто затрудняют поверхностный и болотный сток. За счет подтоплений вдоль почти всей площади дорожных трасс, проходящих по болотам, увеличивается обводненность торфяников. Подтопления, вызванные плохой организацией водопропуска при пересечении дорожными дамбами мелких пойм ручьев, безрусловых ложбин покрытых лесами, а также заболоченных лесов по окраинам болотных массивов приводят к массовому усыханию древостоев. На
механически нарушенных участках происходит уничтожение растительных сообществ и частичная минерализация почв. Отрицательный эффект, особенно во влажных местообитаниях оказывают скальпирование и уплотнение почв, что часто ухудшает условия возобновления леса [1].
Микробная биомасса является важнейшим функциональным агентом молодой почвы, определяя ее развитие. Чем больше масса микроорганизмов, тем активнее идет процесс формирования почвы. Особенно велика роль биомассы микроорганизмов в процессах фиксации и последующей мобилизации атмосферного азота, который после лизиса микробных клеток становится доступным растениям. Жизнедеятельность почвенных микроорганизмов-деструкторов связана с окислением связанного углерода до СО2. Количество продуцированной при этом углекислоты зависит от количества организмов и интенсивности обменных процессов [5, 6, 7].
Первичные лесные сукцессии на кварцевых песках изучены к настоящему времени достаточно хорошо, и все авторы сходятся во мнении, что такие сукцессии имеют долгосрочный характер: постепенно происходит увеличение биомассы экосистемы в целом и накопление запасов почвенного органического вещества. Длительность первичной сукцессии, например, в условиях Подмосковья оценивается в 650-950 лет [8], в условиях лесной зоны Урала -более 200 лет [9], а в окрестностях Великих озер США - примерно 300 лет (145-400) [10]. При изучении первичных сукцессий в почвах Финляндии показано постепенное увеличением биомассы почвенных микроорганизмов и базального дыхания с возрастом молодой экосистемы [11], что связывается авторами с увеличением содержания органического вещества в почве.
Процесс формирования микробной биомассы в молодых почвах в подзоне северной тайги, как это продемонстрировано в нашем исследовании, является также длительным. Если процесс становления деструкционного звена биологического круговорота в эмбриоземах, сформированных в результате песчаной отсыпки, будет проходить такими же темпами, как в первые 20 лет, то содержание С-биомассы по нашим оценкам достигнет зонального уровня через 175 лет, а дыхательная активность - через 500 лет. Притом, что концентрация Сорг в верхнем горизонте молодых почв достигнет уровня зональной почвы через 1600 лет.
Большую долю среди всех воздействий на экосистемы в подзоне северной тайги занимают химические загрязнения, которые имеют наиболее серьезные последствия. При наличии сплошного нефтяного покрова можно говорить о разливах нефти, что встречается при прорывах продуктопроводов. Добываемая сырая нефть, как правило, сильно обводнена. При ее разливах сплошной покров нефти отсутствует, но нефтяное загрязнение комбинируется с засолением (1-3 г/л), вызванным пластовыми водами, поднимаемыми вместе с нефтью. В среднем, на каждом 1 м2 нефтезагрязненной почвы концентрируется до 1,5-1,7 кг углеводородов нефти [1, 12].
Чисто солевое загрязнение связано с разливами пластовых вод, используемых для поддержания пластового давления, буровых и тампонажных растворов, применяемых при бурении и ремонте скважин. На болотах грунт, как
правило, концентрируется в непосредственной близости от кустовой площадки, а солевые растворы распространяются по поверхности с болотным стоком. При солевых загрязнениях при умеренных концентрациях (менее 300-500 мг/л) может увеличиваться прирост древесных пород, при больших концентрациях наблюдается гибель растительности, связанная с токсичным действием растворов, поскольку больше всего распространено хлоридно-натриевое засоление [1].
В результате разлива подтоварных вод, как было показано в нашем исследовании, уже через несколько лет происходит снижение концентрации солей до фоновых значений. К этому же времени происходит восстановление биомассы почвенных микроорганизмов и дыхательной активности до уровня ненарушенной почвы. В случае если участок, залитый подтоварными водами, был засыпан песком, мы имеем дело с типичной первичной сукцессией.
Увеличение объемов добычи углеводородного сырья в Западной Сибири сопровождается масштабным загрязнением почв битуминозными веществами. На территории некоторых месторождений на каждый 1 м2 поверхности (исключая собственно поверхности разливов) приходится около 20 г нефти. При разливах нефти, прежде всего, ухудшается режим аэрации, снижается порозность, растет гидрофобность почв, отмечено снижение общей кислотности почв, возрастание содержания обменных оснований [1, 13].
Загрязнение нефтью и нефтепродуктами приводит к гибели подавляющего количества видов растений. Причиной этого помимо токсичного действия нефти и сопутствующих ей веществ является кислородное голодание. Восстановление растительности обеспечивается благодаря физической деградации нефти и ее микробиальному разложению [1]. Несмотря на увеличение биомассы микроорганизмов после нефтяного разлива [14], микробные ценозы почвы претерпевают значительные изменения в течение уже первых нескольких дней после разлива. Изменяется численность и разнообразие бактерий, снижается разнообразие микромицетов, и в составе типичного микромицетного комплекса увеличивается число штаммов с фитотоксическими свойствами [15, 16].
В исследованиях, выполненных на территориях с давними сроками загрязнения нефтью и нефтепродуктами, показано сохранение и даже усиление во времени неблагоприятных химических и физико-химических свойств [17]. В особенно сложном положении оказываются почвы и донные отложения участков, занимающие подчиненное положение в рельефе, торфяные, торфяно-глеевые и торфянисто-глеевые почвы: в них процессы разложения
нефтепродуктов протекают замедленно [19]. Восстановление экосистем, загрязненных нефтью, протекает с различной скоростью. При удалении нефти ценозы могут восстанавливаться за 10-20 лет. Прогноз восстановления северных сообществ с господством моховых сообществ и полукустарничков -80-100 лет [1, 13].
Таким образом, различия ненарушенных таежных и болотных экосистем с одной стороны и их антропогенно трансформированных аналогов с другой стороны по ряду почвенно-микробиологических показателей делает возможным
использование этих показателей (биомасса почвенных микроорганизмов, дыхательная активность) в мониторинге экосистем северной тайги, нарушенных в результате нефтегазодобычи.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Васильев С.В. Воздействие нефтегазодобывающей промышленности на лесные и болотные экосистемы / С.В. Васильев. - Новосибирск: Наука. Сиб. предприятие РАН, 1998. - 136 с.
2. Обустройство конденсатного промысла Восточно-Таркосалинского и Ханчейского
месторождений. Ханчейское месторождение. Кн. 4. / Производственно-техническая
документация ООО «НОВАТЭК-ТАРКОСАЛЕНЕФТЕГАЗ». - 46 с.
3. Шилова И.И. Первичная сукцессия растительности на техногенных песках нефтегазодобывающих районов Среднего Приобья / И.И. Шилова. - Экология. - 1997. - № 6. -С. 5-15.
4. Экология и рекультивация техногенных ландшафтов / И.М. Гаджиев, В.М. Курачев, Ф.К. Рагим-заде [и др.] - Новосибирск: Наука, Сиб. отд-ние, 1992. - 305 с.
5. Иванникова Л.А. Суточная и сезонная динамика выделения СО2 серой лесной почвой / Л. А. Иванникова, Н.А. Семенова // Почвоведение. - 1988. - № 1. - С. 134-139.
6. Kale S.P. Relationship between microbial numbers and other microbial indices in soil / S.P. Kale, K. Raghu // Bull. Environ. Contam. and Toxicol. - 1989. - V. 43. - P. 941-945.
7. Kursar T.A. Evaluation of soil respiration and soil CO2 concentration in a lowland moist forest in Panama / T.A. Kursar // Plant and Soil. - 1989. - V. 113. - P. 21-29.
8. Моделирование динамики органического вещества в лесных экосистемах / [отв. ред. В.Н. Кудеяров]. - М.: Наука, 2007. - 380 с.
9. Махонина Г. И. Экологические аспекты почвообразования в техногенных экосистемах Урала / Г.И. Махонина. - Екатеринбург: Изд-во Урал. ун-та, 2003. - 356 с.
10. Lichter J. Primary succession and forest development on coastal Lake Michigan sand dunes / J. Lichter // Ecol. Monographs. - 1998. - V. 68. - P. 487-510.
11. Aikio S. Soil microbial activity and biomass in primary succession of a dry heath forest / S. Aikio, H. Vare, R. Strommer // Soil Biol. Biochem. - 2000. - V. 32. - P. 1091-1100.
12. Михайлова Л.В. Химическое загрязнение - одна из основных экологических проблем Обь-Иртышского региона / Л.В. Михийлова. - Пути и средства достижения сбалансированного эколого-экономического развития в нефтяных регионах Западной Сибири: Труды NDI. - 1995. - Вып. 1. - С. 43-45.
13. Сивоконь И.С. Анализ современного состояния природной среды в районе Ватинского нефтяного месторождения / И.С. Сивоконь // Биол. Ресурсы и природопользование. - 1997. - Вып. 1. - С. 99-113.
14. Joergensen R.G. Biomass and activity of microorganisms in a fuel oil contaminated soil / R.G. Joergensen, F. Schmaedeke, K. Windhorst, B. Meyer // Soil. Biol. Biochem. - 1995. - V. 27, № 9. - P. 1137-1143.
15. Посттехногенные экосистемы Севера / [отв. ред. И.Б. Арчегова, Л.П. Капелькина]. - СПб.: Наука, 2002. - 159 с.
16. Киреева Н.А. Литическая активность микромицетов нефтезагрязненных почв как один из факторов фитотоксичности / Н.А. Киреева, М.Д. Бакаева, А.М. Мифтахова // Агрохимия. - 2006. - № 9. - С. 75-81.
17. Габбасова И.М. Оценка состояния почв с давними сроками загрязнения сырой нефтью после биологической рекультивации / И.М. Габбасова, Ф.Х. Хазиев, Р.Р. Сулейманов // Почвоведение. - 2002. - № 10. - С. 57-65.
18. Слащева А.В. Почвенно-геохимическая оценка территории нефтяного месторождения в Среднем Приобье / А.В. Слащева // Вестн. Моск. ун-та. - Сер. 5. География. - 2003. - № 3. - С. 27-33.
© М.В. Якутии, А.Г. Шарикалов, А.И. Шепелев, 2012
