Фитоиндикационная оценка качества рекультивации земель, нарушенных при бурении скважин

Фитоиндикационная оценка качества рекультивации земель, нарушенных при бурении скважин

Бурение скважин является мощным фактором трансформации природных ландшафтов в зонах нефтедобычи. Эффективное изучение и оценка техногенных изменений возможны на основе геоботанической индикации, сущность которой заключается в определении уровня техногенного воздействия по изменению отдельных компонентов и элементов растительного покрова (фитоиндикаторов) [1,2,4]. После прекращения действия техногенного фактора в ландшафтах развивается восстановительная сукцессия, направленная на формирование исходных или близким к ним экосистем [4,5]. Изучение естественных восстановительных сукцессий растительности позволяет оценивать качество проведенных рекультивационных работ на землях нарушенных техногенными факторами. Кроме того, без исследования закономерностей естественных сукцессионных процессов невозможна разработка эффективных рекомендаций по биологической рекультивации нарушенных земель.

В ходе исследований выполнялось изучение техногенных нарушений возникающих в лесных геосистемах Полесской ландшафтной провинции при бурении скважин. Полесская провинция аллювиальных террасированных, болотных и вторичных водно-ледниковых ландшафтов охватывает южную часть Белоруссии. Ее северный рубеж проходит вблизи г. Пружаны, Береза, Иванцевичи, Ганцевичи, Любань, Жлобин, затем по долине Днепра опускается к Гомелю и далее, поднимаясь до Ветки, приближается к границе с Россией. Южным рубежом провинции в пределах Беларуси является государственная граница страны. В административном отношении она приурочена к Брестской и Гомельской областям. Занимает около 28% площади Беларуси. Полесье представляет собой огромную заболоченную плоскую низину в водосборе Припяти и Днепра [3].

Средняя температура воздуха в июле составляет 18−19,5о С. Осадков выпадает 500−550 мм в год. Испарение составляет 450 мм, сток — 150 мм в год. 3].

Лесистость территории Полесской провинции составляет 40%. Структура лесных формаций провинции следующая: сосновые — 54%; мелколиственные коренные на болотах — 22%; широколиственно-хвойные — 11%; широколиственные — 7%; мелколиственные производные — 6%. Специфической особенностью провинции является распространение широколиственных лесов, преимущественно дубрав, удельный вес которых выше, чем в других провинциях [3].

Полевые исследования выполнялись геоботаническими и ландшафтно-экологическими методами (пробных площадок и профилирования), проводилось изучение почв, условий залегания грунтовых вод, геохимическое опробование. Для изучения растительности использовались пробные площадки (10×10 м) [4].

Поисково-разведочное бурение и разработка нефтяных месторождений на территории Белоруссии ведется с начала 60-х годов. За 40 лет выявлено 62 месторождения (разрабатывается 46), пробурено более 2000 скважин, глубиной более 2 км.

Буровые работы являются мощным источником локальной трансформации ландшафтов. На обустройство одной скважины отчуждается 2−3 га. Бурение сопровождается образованием значительных объемов буровых сточных вод (в среднем 4−5 тыс. м3 на 1 скважину) и бурового раствора (до 1 тыс. м3 на 1 скважину). Буровые стоки содержат нефтепродукты, различные органические вещества, соли, химические реагенты, щелочи, тяжелые металлы и т. д. В процессе бурения из недр также извлекается значительное количество выбуренных пород или буровых шламов. Буровые стоки и шламы поступают для хранения в земляные котлованы (буровые «амбары») глубиной до 2 м и объемом не менее 2 тыс. м3. В пределах буровой площадки размещается 2−3 «амбара», которые являются постоянно действующими источниками загрязнения почв, поверхностных и грунтовых вод. Кроме «амбаров» источниками загрязнения при бурении скважин служат склады горюче-смазочных материалов, склады химреагентов, трубопроводы, дизельные установки, автотранспорт [6,7].

Наибольшее загрязнение характерно для поверхностных почвогрунтов. Содержание солей в почвах изменяется от 0,5 (на границе контура загрязнения) до 20−50 г/кг (вблизи «амбаров»). В составе солей — ионы натрия, калия, кальция, магния, хлора. Отмечается высокое содержание сульфат-иона (до 10 г/кг на поверхности почвы) и нефтепродуктов (до 5 г/кг). Наибольшие концентрации нефтепродуктов в почвах обнаруживаются вблизи складов горюче-смазочных материалов (до 20 г/кг). Нередко наблюдается формирование корки из смолисто-асфальтовых компонентов пролитой нефти. Может происходить горизонтальная миграция солей и нефтепродуктов с поверхностным стоком в водоемы, болотные массивы и водотоки, расположенные вблизи буровых площадок. Процессы рассоления почв и грунтов происходят очень медленно — десятки лет, а полное рассоление фактически пока не зафиксировано ни на одной из буровых площадок [6,7].

Химической трансформации подвергаются не только поверхностные элементы ландшафта, но и более глубокие, в том числе грунтовые воды. Поступление загрязняющих веществ в водоносные горизонты может происходить по двум направлениям: 1) сверху вниз из поверхностных очагов загрязнения, путем инфильтрации через зону аэрации; 2) снизу вверх из внутренних очагов загрязнения путем перетока из стволов скважин при нарушении обсадных колонн или по их затрубному пространству. Загрязнению могут подвергаться, не только грунтовые воды, но и горизонты напорных вод. Так, в пределах буровой площадки глубина проникновения загрязнения может достигать 10−20 м, а площадь ореола загрязнения — свыше 4 га. Минерализация грунтовых вод, залегающих на глубине 2−4,5 м у «амбаров» достигает 50−60 г/л (при естественной минерализации 0,5−1 г/л). В солевом составе воды преобладает NaCl (до 90%). В грунтовых водах буровых площадок, расположенных на территории нефтяных месторождений (Барсуковское, Вишанское) содержание нефтепродуктов составляет составляет в среднем 0,1−3 (до 90) мг/л, ПАВ — 0,05−0,3 мг/л. Загрязнение грунтовых и подземных вод буровыми стоками происходит на всех стадиях бурения нефтяных скважин, но наиболее интенсивно — на стадии ликвидации земляных «амбаров». Буровые работы вызывают также значительные механические нарушения, которые преобладают на начальном этапе строительства скважины: при вырубке лесов, прокладывании дорог, коммуникаций, трубопроводов, оборудовании буровой площадки, засыпке естественных углублений рельефа (балок, оврагов, русел ручьев). Формируются техногенные формы рельефа (насыпи, валы, траншеи, шурфы, котлованы). Механическим нарушениям подвергаются почвы, растительный покров, рельеф. Происходит повреждение и уничтожение растительности, а также распугивание и уничтожение животного населения. Наиболее мощным источником нарушения является транспортировка буровых установок и другого массивного оборудования.

После завершения буровых работ и ликвидации скважины в обязательном порядке проводится рекультивация нарушенного участка, его подготовка для дальнейшего использования в сельском или лесном хозяйстве. Рекультивационные работы включают: гидроизоляцию «амбаров», их захоронение, выравнивание техногенных форм рельефа, нанесение слоя потенциально плодородного почвогрунта на рекультивированную поверхность. При возвращении земель в лесной фонд в ходе биологической рекультивации высаживается культура сосны. На рекультивированной площадке начинают развиваться процессы естественного восстановления растительного покрова. Интенсивность восстановительной сукцессии зависит от качества проведенных рекультивационных работ, главной задачей которых является консервация источников загрязнения. Под качеством рекультивации понимается совокупность свойств восстановленных земель, обуславливающих их пригодность для дальнейшего использования в сельском или лесном хозяйстве, для рекреации и т. д. Недостаточная мощность нанесенного слоя почвогрунтов или его полное отсутствие, продолжающаяся активная миграция поллютантов (как результат повреждения гидроизоляционных экранов, некачественного цементирования скважины и т. д.), захоронение на площадке особо токсичных отходов (захороняющихся только на специально оборудованных полигонах) — наиболее распространенные нарушения, влияющие на восстановление природно-ресурсного потенциала экосистемы.

Наши наблюдения на территории Речицкого и Гомельского районов Гомельской области показывают, что на буровых площадках, даже после рекультивации, сохраняются неоднородности нарушенного экотопа, отражающиеся в структуре вторичного растительного покрова. На основе признаков растительности можно выделить ряд техногенный модификаций исходной геосистемы. «Ядро» зоны нарушений — территория «амбаров». Здесь наблюдается гибель культуры сосны и практически полное отсутствие травянистого покрова. Большая часть площади представляет собой плотносцементированную поверхность верхнего слоя техногенных наносов, характеризующуюся значительной засоленностью. Слои техногенных наносов с включениями металлических предметов, растительных остатков, мусора залегают до глубины 40−50 см, после чего сменяются песками. Минерализация грунтовых вод составила 5−8 г/л, что существенно выше фоновых значений (до 1 г/л). Содержание растворимых солей в водной вытяжке почвогрунта, отобранного с поверхности, составляет 2−5 г/л. Эти изменения обусловлены тем, что на этом участке располагались буровая установка и «амбары» для буровых стоков, которые явились причиной засоления поверхностных отложений и грунтовых вод. Слой почвогрунта, нанесенный при рекультивации, имеет небольшую мощность, а на большей территории отсутствует полностью. В результате условия для развития культуры сосны и любой другой растительности крайне неблагоприятны. Высаженные сенцы сосны почти полностью погибли (90%). Естественного зарастания травянистой растительностью также не наблюдается. Для остальной территории буровой площадки характерны процессы восстановления растительности. В первые годы после рекультивации формируются такие ассоциации рудеральных растений с преобладанием однолетников (марь белая, мелколепестник канадский, щетинник зеленый, щетинник сизый, горец птичий, горец шершавый и другие). Через 5−6 лет наблюдается формирования травяного покрова из многолетних злаков, в котором преобладает вейник наземный. Здесь засоление верхних слоев почвогрунта, как правило, не фиксируется, но минерализация грунтовых вод была несколько выше, чем в естественных условиях.

Показатели естественного возобновления служат критериями успешности протекания восстановительной сукцессии в нарушенном лесном ландшафте. Наиболее интенсивно процессы восстановления протекают на участке с незагрязненными почвогрунтами или на участках, где загрязненные почвогрунты перекрыты достаточно мощным рекультивационным слоем. По мере увеличения степени загрязнения происходит снижение численности возобновления, высоты и жизненности подроста, проективного покрытия травяного яруса. Для участка с максимальным уровнем загрязнения данные показатели имеют наименьшие значения. Здесь за тот же период времени восстановительный процесс проявился лишь в развитии крайне разреженного травяного покрова и единичном низкорослом подросте березы.

Для оценки интенсивности восстановительной сукцессии на буровых площадках было выполнено сравнение с аналогичным процессом, протекающим на землях, нарушенных строительными работами (механические нарушения почвенно-растительного покрова без химического загрязнения) — табл. 1. Видно, что даже на рекультивированной буровой площадке ход восстановительной сукцессии существенно замедляется. Для буровой площадки характерна большая длительность пионерной стадии сукцессии, которая при вторичных сукцессиях на территории Полесья редко длится более 2 лет. Как правило, уже на третий год после начала сукцессии на строительном пустыре формируется сомкнутый покров из многолетних рудеральных трав (полынь обыкновенная, полынь горькая, пижма обыкновенная, бодяк полевой, синяк обыкновенный и т. д.) и злаков (пырей ползучий, мятлик луговой). Луговой фитоценоз на строительных пустырях с нетоксичными почвогрунтами формируется в среднем через 5 лет (преобладают многолетние луговые злаки — вейник наземный, ежа сборная, пырей ползучий, костер безостый, овсяница луговая и т. д.). Для этой же стадии характерно появление обильного подроста деревьев (береза повислая, осина) и кустарников (ивы, крушина ломкая, рябина обыкновенная). Через 10−15 лет образуются густые древесно-кустарниковые заросли (сомкнутость — 0,8−0,9), которые, в свою очередь, сменяются мелколиственным лесом. Такая сукцессия наблюдается на умеренно влажных песчано-супесчаных почвогрунтам древнеаллювиального или водно-ледникового происхождения. На буровых площадках сукцессия тормозится, так как субстрат, особенно в первые годы после рекультивации, имеет высокую токсичность. В таких условиях могут заселяться лишь немногие виды солеустойчивых растений. Чувствительные к химическому загрязнению субстрата деревья погибают в ювенильном возрасте, поэтому в пределах «амбаров» ни на одной из изученных буровых площадок не наблюдалось формирование древесно-кустарниковых зарослей.

рекультивация сукцессия бурение земля.

Таблица 1

Сравнительная характеристика восстановительной сукцессии на буровой площадке и строительном пустыре

На основе исследований восстановительных сукцессий на нарушенных землях нами был разработан метод оценки качества рекультивации. Для оценки качества рекультивации (и соответственно сукцессионно-восстановительного процесса) использовались показатели естественного возобновления древесных и кустарниковых видов, травяного покрова, культуры сосны (табл. 2).

Таблица 2

Фитоиндикаторы качества рекультивации буровых площадок (в условиях Белорусского Полесья)

В зависимости от качества рекультивации предложены основные сценарии восстановления растительного покрова нарушенных ландшафтов в условиях Белорусского Полесья:

Сценарий 1 (хорошее качество рекультивации) — восстановительная сукцессия развивается интенсивно, формирование лесной экосистемы произойдет через 20−30 лет после начала сукцессии;

Сценарий 2 (удовлетворительное качество рекультивации) — восстановительная сукцессия задерживается на первых стадиях, формирование лесной экосистемы произойдет через 30−40 лет после начала сукцессии;

Сценарий 3 (неудовлетворительное качество рекультивации) — восстановительная сукцессия развивается крайне медленно, при активизации эрозионных процессов возможны дигрессивные изменения, формирование лесной экосистемы проблематично.

Таким образом, на основе полученных результатов и разработанной схемы оценки возможно прогнозирование восстановления лесного ландшафта, нарушенного буровыми Работами.

• 1. Дончева А. В., Казакова Л. К., Калуцков В. Н. Ландшафтная индикация загрязнения природной среды. — М.: Экология, 1992.
• 2. Гусев А. П. Ландшафтно-экологическая индикация техногенных нарушений лесных геосистем. — Гомель, 2000.
• 3. Ландшафты Белоруссии/Г.И. Марцинкевич, Н. Н. Клицунова, Г. Т. Хараничева и др. — Мн.: Университетское, 1989.
• 4. Гусев А. П. Лесные экосистемы в условиях антропогенного воздействия (ландшафтно-экологические исследования). — Гомель, 2001.
• 5. Гусев А. П. Восстановительная сукцессия в лесном ландшафте, подвергшемся антропогенному нарушению (на примере Белорусского Полесья)//Поволжский экологический журнал, № 2, 2005. — С. 121−127.
• 6. Косаревич И. В., Шеметов В. Ю., Гончаренко А. П. Экология бурения. — Минск: Наука и техника, 1994. — 119 с.
• 7. Полюх Л. С., Искандеров Р. Г. Эффективные способы защиты окружающей среды от загрязнения на нефтяных площадях Припятской впадины// Геология и география, № 4. — Минск, 1982. — С. 12−15.