Введение 4 ВВЕДЕНИЕ Актуальность темы исследования. В

Введение
4 ВВЕДЕНИЕ
Актуальность темы исследования. В настоящее время почвенный покров правобережья
Средней Оби в пределах западной части Нижневартовского района претерпевает
серьезные нарушения и изменения в связи действующей и разрастающейся
нефтегазодобывающей промышленностью в регионе. За 45 лет с момента начала
освоения, почвенный покров значительно изменил свой облик. Техногенные воздействия:
химические и механические преобразуют почвенный профиль, неся за собой
трансформацию морфологических и химических свойств почв. Таким образом, на дневной
поверхности конструируются как целенаправленно, так и косвенно почвоподобные тела техногенные поверхностные образования (ТПО), состоящие из природного или
специфического новообразованного субстрата.
Особенности природных условий Среднего Приобья: суровый климат, равнинность, и как
следствие сильная заболоченность, залегание в поверхностных слоях массивов песчаных
отложений, способствовали формированию почв, обладающих слабой устойчивостью к
техногенным воздействиям и обладающих меньшими возможностями самоочищения и
самовосстановления. В этой связи, проблемы восстановления почв на ТПО и
устойчивости естественных почв к техногенным воздействиям, является весьма
актуальными.
Цель исследования. Выявление особенностей влияния нефтегазодобывающей отрасли на
почвы, идентификации и классификации техногенных поверхностных образований, а
также характеристика процессов восстановления нарушенного растительного и
почвенного покрова в поеттехногеный период.
Для достижения поставленной цели решались задачи:
1) изучение морфологических особенностей почв средней тайги, формирующихся в
различных ландшафтных условиях;
2) определение особенностей трансформации почв на природно-техногенных ландшафтах
в зависимости от вида техногенного воздействия;
5
3) идентификация системы ТПО согласно "Классификации и диагностике почв России"
(2004) и построение на этой основе карты естественных почв и ТПО западной части
Нижневартовского района Среднего Приобья;
4) выявление потенциала устойчивости почв и самовосстанавливающейся активности
ТПО исследуемой территории западной части Нижневартовского района Среднего
Приобья.
Объект исследования — почвы и техногенные поверхностные образования
нефтегазодобывающего комплекса (рис.1).
Предмет исследования - процессы восстановления почв на ТПО нефтегазодобывающего
комплекса.
Положения, выносимые на защиту:
1. Техногенные поверхностные образования как закономерный продукт техногенеза,
ухудшающий экологическую ситуацию - ведущее звено землеустройства в
нефтегазопромысловых регионах, а карты их инвентаризации - необходимая предпосылка
оптимизации политики современного землепользования.
2. Как антропогенно-природные тела, техногенные поверхностные образования
формируют дифференцированные местоположения, активно воздействующие на
механизмы самовосстановления естественного ряда почв.
3. Диагностика и картографирование техногенных поверхностных образований вместе с
их мониторингом и корреспондирующей рекультивацией - необходимые действия по пути
повышения экологической безопасности и устойчивого развития.
Научная новизна исследования состоит в том, что впервые:
1. составлены карты: 1) «Почв и техногенных поверхностных образований» с
использованием "Классификации и диагностики почв России" (2004), 2) «Устойчивости
почв к техногенным воздействиям» на территорию Среднего Приобья;
2. проведена экодиагностика земель, подвергающихся негативному воздействию
нефтегазодобывающего комплекса;
6
3. в почвенном покрове нефтегазодобывающего комплекса территории Среднего Приобья
определены техногенные поверхностные образования и их эволюционный процесс;
4. дана оценка устойчивости почв к техногенным воздействиям и степень
самовосстановления почвоподобных тел правобережья Среднего Приобья.
Методы исследования: сравнительно-географический; сравнительно-исторический; метод
профилей; лабораторные методы по изучению свойств почв, химико-аналитический
анализ; картографический; дешифрирования космоматериалов.
Фактический материал и личный вклад автора. Работа основана на теоретических
разработках с использованием технических паспортов объектов, данных рабочих проектов
разработки и обустройства месторождений, входящих в зону деятельности исследуемых
месторождений, картографических, научно-методических, а также фондовых материалов.
Проанализированы 160 источников литературы.
Полевые исследования почв автором были проведены в период с 2000 по 2005 годы на
территории нефтегазодобывающего комплекса западной части Нижневартовского района.
Были исследованы 23 ключевых площадки, на которых заложено 53 почвенных разреза и
прикопок с отбором образцов, с полным геоботаническим описанием, заложены 3
ключевых площадки с реперами для исследования скорости процессов дефляции.
Физические свойства почв были определены автором в лаборатории почвоведения
кафедры географии и безопасности жизнедеятельности.
Практическая значимость. Полученные результаты исследования использованы при
разработке методов рекультивации на месторождениях ОАО «СлавнефтьМегионнефтегаз». Природоохранными институтами ХМАО РАЕН г. Нижневартовска и
ООО ЗапСиб НИИ ЭА внедрены данные автором рекомендации в проекты разработки
месторождений и ОВОСы, а также авторская карта «Почвы и техногенные поверхностные
образования
7
правобережья Среднего Приобья», позволяет разработчикам проектов строительства и
обустройства месторождений прогнозировать ответные реакции и устойчивость почв на
увеличение техногенных нагрузок, разрабатывать при необходимости дополнительные
природоохранные мероприятия, применять дополнительные технические и
технологические решения, минимизирующие отрицательное воздействие объектов
нефтедобычи на окружающую среду.
Реализация и апробация работы. Материалы диссертации используются на лекционных и
семинарских занятиях по дисциплинам «Почвоведение», «Географии почв с основами
почвоведения», «Экология почв». Основные положения исследования докладывались на
региональных, всероссийских и международных научно-практических конференциях:
«Эколого-географические проблемы природопользования нефтегазовых регионов: теория,
методы, практика» (Нижневартовск, 2003); «Проблемы устойчивого развития в
географической науке и образовании» (Томск, 2004); «Александр фон Гумбольдт и
проблемы устойчивого развития Урало-Сибирского региона» / Российско-германская
конференция (Тюмень — Тобольск, 2004), «Человеческое измерение регионального
развития: Экология, экологическое образование и воспитание» (Нижневартовск, 2004);
«Современные проблемы почвоведения Сибири и оценки земель» (Томск, 2005).
Публикации: по теме диссертации опубликовано 12 научных работ.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 4-х глав и заключения,
общим объемом 156 страницы машинописного текста. В основную часть диссертации
включено 39 рисунка, фотографии (выполненные автором) и 14 таблиц. Список
использованной литературы включает 160 наименований печатных изданий из них 4
фондовых источника. В приложения к диссертации вынесены данные полевых
исследований, карта устойчивости и восстановления почв правобережья Средней Оби.
Глава 1. Природные условия правобережья Средней Оби, теоретические аспекты изучения
и классификация техногенных поверхностных образований
1.1 .Природные условия правобережья Средней Оби
Территория правобережья Средней Оби располагается в пределах Западно-Сибирской
физико-географической страны. Исследуемый нами участок площадью 46,5 км2
ограничивается с востока рекой Вах, а с запада - впадением протоки Мега в Обь.
В геологическом отношении рассматриваемая территория Среднего Приобья расположена
в пределах молодой эпипалеозойской Западно-Сибирской плиты. В разрезе плиты
выделяются три структурных этажа: складчатого фундамента, промежуточного и
осадочного чехлов (Мяснякова, 2000).
Венцом осадочного чехла на территории правобережья средней Оби являются
четвертичные отложения (рис. 2). Мощность их (Земцов, 1976), в областях погружения
плиты достигает 300-350 м, а на локальных поднятиях сокращается до 5-10 м. По данным
сводного геолого-геофизического разреза, составленного для Нижневартовского
нефтегазоносного района, мощность четвертичных отложений составляет 125 м.
Конкретно для Мегионского и Ватинского месторождений добычи нефти и газа мощность
изменяется от 20 до 50 м. Контуры стратиграфических горизонтов и генетических типов
отложений являются одновременно контурами геоморфологических элементов. Процессы
формирования четвертичных отложений являются рельефообразующими для территории
Среднего Приобья. Четвертичные отложения представлены в основном песками, которые
сверху сменяются суглинками, супесями и глинами.
Условные обозначения:
alQ
- аллювиальные* . — ¦ 4 (пойма); 8IU
3-4
I- аллювиальные и озерно-рллювиальные (I |надпойменная терраса);
аллювиальные и озертго-лювиальныс (II Надпойменная терраса).
Рисунок. 2. Карта-схема четвертичных отложений изучаемой территории.
Начало формирования геоморфологических уровней территории Средней Оби
соответствует времени верхнего неоплейстоцена. Уровневые характеристики относятся к
долине реки Обь. Исследуемые ключевые участки непосредственно располагаются в
пределах I надпойменной террасы и поймы Оби.
Первая надпойменная терраса сформировалась во время позднезырянов-ского
(сартанского) оледенения, во внегляциальной зоне.
К голоцену относится формирование поймы Оби. Отложения поймы распространены по
всем речным долинам. В долине р.Оби, особенно в Среднем Приобье русловой аллювий
представлен легкими комковатыми супесями темно-коричневого цвета или тяжелыми
суглинками, или переслаиванием супесей, суглинков и песков. Мощность пойменных
отложений в долинах Оби и Ваха достигает 30 м, а в долинах их притоков 10-15 м
(Мяснякова, 2000). Коркин СЕ. (2003) выделяет широкое распространение в пределах
изучаемого района болотных комплексов голоценового возраста.
В пределах изучаемой территории правобережья Средней Оби В.А.Обручев (1931)
следующие генетические типы форм земной поверхности:
10
¦ первая надпойменная терраса - плоская, местами с хорошо
выраженными формами речной эрозии и аккумуляции;
¦ широкая пойма реки Обь и ее притоков.
Среди морфоскульптурных форм рельефа значительное распространение имеют:
овражно-балочные, поименно-террасные комплексы речных долин, термокарстовые
понижения, заполненные озерами и криогенные бугры пучения на сильно увлажненных
участках.
В настоящее время существенная рельефообразующая роль принадлежит процессам
заболачивания, особенно интенсивным на плоских слабо дренированных участках.
В целом рельеф правобережья Средней Оби определяет следующие генетикогеометрические формы структур почвенного покрова (СПП): по поймам рек - полосчатые
и линзовидные, в низинах — кольцевые и округло-изоморфные, по гривам - древовидные
наложено-округлые (Архипова, Вдовина и др., 1970).
Почвообразующими породами для формирующихся в бассейне р.Ваха почв служат
четвертичные отложения ледникового и озерно-аллювиального происхождения. Эти
отложения довольно разнообразны по вещественному составу и особенно гранулометрии
(Гаджиев, Овчинников, 1977).
На территории бассейна можно выделить три группы пород, с которыми связаны
значительные различия в характере почвообразования:
1. песчано-супесчаные породы, обусловливающие свободный внутренний дренаж
почвенной толщи;
2. суглинисто-глинистые породы, в которых затрудненный внутренний дренаж почвенной
толщи;
3. древний и современный торф.
Породы, обусловливающие свободный внутренний дренаж почвенно-грунтовой толщи,
представлены флювиогляциальными или аллювиальными бескарбонатными,
преимущественно бедными основаниями, олигомиктовыми песками, в минералогическом
составе которых резко преобладает кварц, а
и
также супесями. Они обладают низкой водоудерживающей способностью и хорошей
водопроницаемостью. Во всех случаях их верхняя, охваченная активным
почвообразованием толща хорошо дренируется и довольно быстро сбрасывает избыток
влаги.
Пойма р.Обь сложена аллювиальными отложениями, преимущественно заиленными
супесями (Хренов, 2002). Для речных террас исследуемой территории характерно
преобладание пород от связных песков до суглинков. Торфяные залежи, среди зандровых
равнин, мощностью более 1 м, можно рассматривать как особую почвообразующую
породу, на которой происходит современный почвообразовательный процесс.
Сформированные в голоценовое время торфяные залежи мощность от 0,75 до 3 м
(Природные условия..., 1977) представляют собой выпуклые мезотрофные и
олиготрофные сфагновые топи покрывающие 35 % изучаемой территории.
Климат изучаемой территории резко континентальный. Здесь наблюдается быстрая смена
циклонов и антициклонов, что способствует большой изменчивости погоды. Это
выражается в разнице среднеянварских и среднеиюльских температур в период с 1974 по
2003 гг., достигающей 31,1-56,2° С. Среднегодовая температура воздуха по многолетним
(1993-2004) данным метеостанции п. Ларьяк колеблется от +0,5°С (1995) до -3,5°С (1998).
Холодно-снежный период продолжается 212 (1998-1999) - 170 (1999-2000) - дней и
характеризуется периодом предзимья. В среднем, этот период длится около месяца, от
даты перехода средней суточной температуры через 0°С (табл.1) до наступления
устойчивых морозов и снежного покрова (Ресурсы..., 1972). В виду затяжного холодного
периода и преобладанием низких температур процесс почвообразования замедляется.
Сезонное промерзание минеральных пород составляет 1-2 м на водоразделах, 0,6-0,3 м на
речных поймах и на всех элементах рельефа в органогенных породах-0,1-0,5 м.
12
Таблица 1
Время перехода среднесуточных температур через отметку 0°С в весенний и осенний
периоды
(по данным Нижневартовской авиационной метеорологической станции)
наименование "—--—^_ даты —-— год ¦—~- 1998 1999 2000 2001 2002 2003
дата перехода среднесуточных температур через от- 20.05. 10.05. 11.04. 01.05. 01.05. 02.05.
метку 0°С в сторону повышения
дата перехода среднесуточных метку 0°С в сторону понижения температур через от28.09. 21.10. 16.10. 09.10. 08.10. 22.10.
Число дней со снежным покровом за период с конца 1999 по начало 2002 составило от 186
до 215 (табл.2). Устойчивый снежный покров устанавливается, главным образом, либо в
начале, либо в конце октября, и сохраняется по первую декаду мая. Высота снежного
покрова с момента выпадения начинает интенсивно увеличиваться и к апрелю месяцу
достигает 70-88 см (Справочник.., 1968). Аномальными показаниями характеризуется
снежный период 2001-2002 года, где максимум составил 97 мм к концу февраля (табл.2),
что, несомненно, нашло отражение в высоком уровне весенне-летнего половодья. На
открытых участках высота снежного покрова к концу зимы на 10-15 см меньше, чем на
защищенных лесных участках. Это объясняется не только сдуванием снега, но и
уплотнением его под действием ветра (Климатическая..., 1982).
Таблица 2
Средние значения атмосферных осадков и климатических показателей в
период за 1974-2003 гг. (в мм).
Осадки Снег Глубина проГодовые Месяцы Число дней со снеж- Высота снежного мерзания почвы
IV-X XI-III ным покровом покрова
max min max max max min max min max min
722 225 204,1 71,8 215 186 97 70 2900 900
Глубина промерзания почвы находится в тесной зависимости от механического состава,
степени увлажнения, а также высоты и плотности снежного покрова (Ресурсы..., 1972).
Максимальная глубина промерзания почвы наблюдается в марте-начале апреля на
открытых местах суходола при оголенной от
13 снега поверхности - до 290 см, под снежным покровом - 110 см, на болотах - до
70см (Состояние..., 1997).
Характерной особенностью режима выпадения осадков изучаемой территории является
преобладание атмосферных осадков над величиной испарения, что определяет промывной
тип водного режима почв. При условии близости грунтовых вод и отсутствии дренажа,
формируются подтипы промывного водного режима: полуболотный, грунтово-болотный,
болотный, грунтово-полуболотный, оказывающие существенное влияние на
почвообразовательный процесс.
Запасы влаги в почве в течении всего периода вегетации достаточные. Общее увлажнение
верхних горизонтов почв превышает годовое количество осадков и составляет в среднем
200-860 мм. Дополнительная влага поступает за счет конденсации из приземного слоя и
подтока влаги снизу. Влажность почв значительно выше уровня наименьшей
влагоёмкости. Это свидетельствует о том, что исследуемый район подвержен
значительному переувлажнению и, как следствие перерасходу теплоэнергетических
ресурсов на процессы суммарного испарения за счет недообеспечения теплом таких
процессов, как нагревание почв, турбулентный обмен и т.д. (Опрышко, 2000).
На большей части рассматриваемой территории в течение всего года преобладают ветры
юго-западного (22 %) направления. Летом преобладают северные, северо-восточные,
восточные ветры, зимой - юго-западные и южные.
Средняя годовая скорость ветра составляет 3,6 м/с; наибольшая из среднемесячных
скоростей ветра достигает в мае - 4,3 м/с, а наименьшая отмечается в июле-августе - 2,8
м/с (Сергеев, 1972).
Данные климатические условия способствуют развитию элювиальных и глеевых
процессов почвообразования, а также накоплению торфа.
Ландшафты в пойме Оби в большей степени испытывают влияние гидрогенных процессов
и в меньшей - зональных биогеографических факторов, что создает неповторимый,
уникальный облик природных территориальных комплексов. Исследования Э.И.Валеевой
и Д.В.Московченко (2001) показали, что
14
распределение почв и растительности в пойме соответствует прежде всего динамике
режима поёмности. Именно гидрологический режим в условиях долго-поёмности
определяет всю сложность взаимосвязи различных компонентов пойменных ландшафтов
(Роднянская, Самойлова, 1971).
Особенности строения поверхности и климата территории Среднего При-обья в пределах
изучаемого района - это благодатная основа для распространения рек, озер и болот.
Озёрность и заболоченность речных водосборов колеблется в больших пределах. Речная
сеть хорошо выражена и имеет субширотное направление. Длина реки Обь составляет
3650 км. В пределах Нижневартовского района протекает участок среднего течения Оби от 1755 км до 1621 км от устья, длиной 134 км (Карта реки Обь..., 1998). Долина реки Обь
сильно расширено от 18 до 20 км, а русло разбито на множество рукавов и протоков,
основными из которых в пределах Мегионского месторождения являются Мега, Баграс,
Мулка и др.
Реки полноводны, с обширными поймами и широкими долинами. Слабый уклон
местности определяет медленное течение рек и большой коэффициент извилистости.
Характерное для таежной зоны растянутое весенне-летнее половодье, пониженная
пропускная способность и, следовательно, пониженная дренирующая роль, является
одним из важных факторов переувлажнения и заболачивания территории (Плотникова,
1997).
Исключительно большое развитие в Среднем Приобье получили болота. Это один из
уникальных районов по степени развития процессов болотообразования и
торфонакопления. Некоторые междуречные пространства представляют собой крупные
болотные системы, где суходолы похожи на острова среди «моря» болот. Заболоченность
некоторых речных бассейнов здесь достигает 50-60 % и более. Средняя заболоченность
правобережья Средней Оби около 40 % (Болотные..., 2001). Развитию процессов
интенсивного заболачивания на территории Среднего Приобья способствуют: высокая
степень увлажнения, замедленный сток поверхностных вод,
15 многолетняя мерзлота, близкое к поверхности залегание грунтовых вод и
другие природные факторы (Иванов, 1957).
Величина средней и максимальной интенсивности торфонакопления в зоне олиготрофных
болот Среднего Приобья составляют соответственно 0,24 мм/год и 1,0 мм/год (Романова,
1974).
В пределах болотах ландшафтов встречаются озера. Большое количество крупных и
малых внутриболотных озер вместе с озерками грядово-озерковых, грядово-мочажинноозерковых и грядово-мочажинных комплексных микроландшафтов образуют обширные
болотно-озерные системы, характерные для Среднего Приобья (Новиков, Качалова, 1976).
В пределах изучаемого района преобладают малые озера площадью менее 5 км и
глубиной 1-2 м (Лезин, Тюлькова, 1994). К крупным озерам относится Окунево, которое
является сточным, а большинство малых озер, таких как Калач, Мыхпай являются
бессточными.
Растительный покров изучаемой территории представлен богатым разнообразием
ассоциаций. Это разнообразие зависит от геоморфологических поверхностей. На I
надпойменной террасе распространены елово-кедровые леса с примесью пихты и березы,
в травяно-кустарничковом ярусе нередко обильна брусника, а также - черника (Карта...,
1976). Коренных елово-кедровых лесов сохранилось немного, в виду часто
повторяющихся пожаров, и располагаются они разобщенными массивами среди
вторичных темнохвойно-сосновых и темнохвойно-мелколиственных лесов с
кустарничково-травяно-зеленомошным покровом (Гаджиев, 1977, Гребешок, 2004). Для
хвойных высокобонитетных лесов характерны хорошо дифференцированные подзолы,
подзолистые почвы. Здесь также преобладает большое обилие озер и озерков, с
периферийным рядом олиготрофных комплексов, на которых распространена сосновокустарничковая растительность: сосна обыкновенная, багульник, брусника, сфагногвые,
политриховые и зеленые мхи, кладониевые лишайники (Лапшина, 2003).
16
Видовой состав растительности зависит от сроков спада весеннего половодья. Здесь
встречаются злаковые и осоковые луга, преобладающие над зарослями ив (Елизарова...,
1999, Титов..., 2000).
Для самых низких уровней поймы - характерны осоковые, хвощовые, ситняковые
сообщества. К более повышенным участкам долгомошного пояса приурочены
канареечниковые, осоково-вейниковые, белополевицевые и злаково-разнотравные луга, а
к понижениям - осоковые болота или ивняково-кустарниковые сообщества. На высоких
уровнях поймы формируются наиболее устойчивые лесные сообщества, осоковоберезовые, сосновые, пихтово-еловые или кедровые травяно-бруснично-зеленомошные
леса (Гаджиев, 1977).
Совокупность природных условий Средней Оби определяют процессы формирования
почв подзолистого, дернового и болотного типов.
1.2. Проблема изучения естественных и техногенно нарушенных почв
История изучения почвенного покрова и почвообразовательных процессов территории
Среднего Приобья относительно невелика. До 60-х годов (1961 г. - первая нефть в
Западной Сибири) территория в почвенном отношении оставалась слабо исследованной.
Целенаправленные экспедиционные исследования сибирских почв началось с 1908 г. под
руководством К.Д.Глинки (1911, 1924). По материалам сибирских почвенных экспедиций
он выделил в пределах подзолистой зоны три подзоны: 1) подзона северных
слабоподзолистых почв; 2) подзона с ясно выраженными подзолистыми почвами; 3)
подзона вторичных подзолистых почв. Первая из выделенных подзон относится к
территории изучаемого района.
17
Вопросы географии, генезиса и классификации почв севера Западной Сибири
рассматривали Б.Н.Городков и С.С.Неуструев (1923), Дудин-Горкович (1995). Они
характеризуют Среднее Приобье следующим образом: равнина со слабыми повышениями
неправильной формы, нивелируемыми болотами, где господствуют глубокие сфагновые
торфяники, на которых отдельными островами по более дренированным местам
встречаются хвойные леса урманного типа. В этой работе впервые обращается внимание
на слабое проявление подзолообразования, что объясняется низкими температурами почв.
В 1920-30 годы, исследования почвенного покрова Сибири вскрывают геофафические
закономерности почвообразования и эволюции почвенного покрова (Горшенин, 1927,
Глинка, 1924). В 30-40-е года в Западной Сибири были проведены многообразные
научные исследования, связанные с сельскохозяйственным освоением земель этой
территории, изучением и использованием ее природных, в том числе и почвенных
ресурсов.
Краткое описание почвенного покрова правобережья Средней Оби имеется в работе
М.А.Винокурова и К.П.Горшенина "Почвы и почвенные районы Сибири" (1931).
В 1955 году В.М.Незнамова-Маркова изучила особенности почвообразования и опыт
окультуривания целинных земель в Ханты-Мансийском нацио- нальном округе. Она
отмечала, что территория района покрыта наиболее молодыми почвами, которые
формировались при отступании ледника.
В конце 50-х, начале 60-х годов, центральные районы Западной Сибири, (в том числе
Среднее Приобье), стали объектом значительных поисковых работ и разведки нефти и
газа, следовательно, сведения о геологическом строении, почвах, а также других
природных условиях были существенно пополнены.
Наиболее полно и глубоко почвы Обь-Иртышского междуречья отражены в работах
К.А.Уфимцевой (1974). По ее данным, здесь развиваются почвы со слабым
дифференцированным профилем, которые подвержены периодическо-му
переувлажнению.
Список литературы