Оценка биоразнообразия, антропогенного влияния и динамики экосистем на нефтегазовом месторождении «Кенкияк»

Вид материала

Содержание

Целью исследования
Материалы и методы исследований.
Научная новизна работы
Положения, выносимые на защиту.
Теоретическая значимость работы
Связь темы с планом научно-исследовательских работ.
Личный вклад автора
Апробация работы.
Структура и объем диссертации.
Основная часть
Объект и методы исследования
3.1 Растительность природных кормовых угодий.
3.2 Описание групп типов природных кормовых угодий.
3.3 Экосистемы месторождения «Кенкияк».
3.4 Оценка биоразнообразия
Оценка альфа-разнообразия.
Artemisia pauciflora
Poa bulbosa
Anabasis salsa
Artemisia lercheana
...
Полное содержание

Подобный материал:

1 2 3

УДК 574:632.15 На правах рукописи

БАЙЖИЕНОВА РОЗА АЛПЫСПАЕВНА

Оценка биоразнообразия, антропогенного влияния и динамики экосистем на нефтегазовом месторождении «Кенкияк»

Специальность: 03. 00. 16 – экология

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата биологических наук

Республика Казахстан

Алматы, 2008

Диссертация выполнена на кафедре экологии Казахского национального аграрного университета и в ДГП «Комплексное изыскательское отделение» Государственного научно-производственного центра земельных ресурсов и землеустройства

Научный руководитель: доктор биологических наук

Мирзадинов Р.А.

Официальные оппоненты: доктор биологических наук

Достанова Р.Х.

кандидат биологических наук

Капасова М. С.

Ведущая организация: КазНУ им. аль-Фараби

Защита состоится «19» декабря 2008 г. в 14 часов ⁰⁰ мин. на заседании объединенного диссертационного совета ОД 53.24.01 при ДГП «Институт микробиологии и вирусологии» РГП «Центр биологических исследований» МОН РК по адресу: 050010, г. Алматы, ул. Богенбай батыра, 103.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ДГП «Институт микробиологии и вирусологии» РГП «Центр биологических исследований» МОН РК

Автореферат разослан «19» ноября 2008 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета,

доктор биологических наук Бекмаханова Н.Е.

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность. Рост народонаселения в XX веке от одного миллиарда до шести миллиардов привел к усиленному потреблению энергии. Энергетический кризис, поразивший мир, усилил внимание к ископаемым органическим ресурсам Казахстана и резкому расширению нефтегазодобычи в республике. Освоение нефтегазовых месторождений - важнейший приоритет долгосрочной стратегии республики Казахстан до 2030 года, основа ее промышленной политики. При непрерывном увеличении объемов добычи, транспортировке и переработке углеводородного сырья актуальным остается сохранение качества окружающей среды в состоянии безопасном для здоровья людей.

При разведке, разработке и эксплуатации месторождений углеводородного сырья значительное воздействие испытывают прилегающие территории. Вокруг каждой буровой установки в радиусе от 200-400 м до 600-800 м, уничтожается растительность на 70-80% (Ахметова К.К., 2005). В результате применения устаревших технологий бурения и эксплуатации скважин допускается техногенное загрязнение в виде разливов нефти. За счет загрязнения нефтью резко ухудшается азотный режим почв и нарушается корневое питание растений, что в свою очередь приводит к снижению и ухудшению качества кормовых угодий, являющихся кормовой базой для сельскохозяйственных животных, и самое главное, снижается продолжительность жизни людей.

Выявление воздействия нефтегазодобычи на различные компоненты экосистем, оценка накопления нефтепродуктов и тяжелых металлов в почвах является одной из актуальных проблем современного экологического аудита нефтегазодобывающих предприятий.

Целью исследования является оценка влияния действующего нефтегазового месторождения «Кенкияк» на почвенно-растительные компоненты экосистем.

Для реализации данной цели решались следующие задачи:

- проведение наземного картографирования природных кормовых угодий;

- изучение структуры, состава растительного компонента природных кормовых угодий и урожайности в связи с почвенно-экологическими условиями;

- выявление характера сукцессий почвенно-растительных компонентов экосистем методами разновременного картирования и эргодическим;

- оценка биоразнообразия растительности;

- оценка накопления нефтепродуктов и тяжелых металлов в почве.

Материалы и методы исследований. В основу диссертационного исследования положены материалы, собранные в составе экспедиции ДГП Комплексное изыскательское отделение ГосНПЦзема, при изучении и картировании территории месторождения «Кенкияк» в 2003 году, а также отбора почвенных образцов (Джон Райан, Джорж Эстефан, Ташкент, 2002) для проведения химического анализа на содержание тяжелых металлов и нефтепродуктов в 2002, 2003, 2005, 2006 гг.

По исследованной территории, общей площадью 12629 га, в 2003 году с 1 июня по 30 августа было проложено более 235 км маршрутных ходов для выявления состава и структуры растительности, выделено и описано 60 контуров, произведено 175 геоботанических описаний с определением урожайности, заложено 16 почвенных прикопок, собран и определен гербарий в 450 листов.

Геоботанические изыскания проведены согласно требованиям Инструкции, утвержденной Государственным Комитетом Республики Казахстан по земельным отношениям и землеустройству (Алматы, 1995 г.).

Научная новизна работы заключается:

- в площадной оценке техногенных нарушений почвенно-растительного покрова экосистем;

- в разработке классификации экосистем месторождения «Кенкияк»;

- в оценке биоразнообразия (альфа-, бета- и гамма-разнообразия) растительности месторождения «Кенкияк» и прилегающих территорий;

- в оценке уровня загрязнения почв тяжелыми металлами и нефтепродуктами.

Положения, выносимые на защиту.

1. Наземное картографирование природных кормовых угодий в масштабе 1: 50 000 позволяет с высокой точностью оценить как характер техногенных нарушений, так и выявить различные сукцессионные процессы в экосистемах.

2. Разработанная классификация экосистем месторождения «Кенкияк» позволяет определить площади почв на основе индикационных закономерностей.

3. Выделенные типы экосистем позволяют оценить биоразнообразие растительности, определить видовое богатство и насыщенность, рассчитать индексы сходства и гетерогенности.

Теоретическая значимость работы: разработанная классификация экосистем позволяет применять её на всю территорию полупустынной зоны.

Практическая значимость работы:

- составленная карта кормовых угодий позволила рассчитать кормозапас растительности пастбищ и сенокосов для установления оптимальной выпасной нагрузки и сроков сенокошения, а также планировать мероприятия по устойчивому землепользованию;

- проведенные исследования позволили количественно оценить площади природных, полуприродных и антропогенных экосистем;

- выявленный характер накоплений нефтепродуктов и тяжелых металлов в почвах территории месторождения «Кенкияк» позволяет оценить отрицательное воздействие этих компонентов на растительность (визуально).

Связь темы с планом научно-исследовательских работ.

Исследования проводились согласно государственной программе 002, подпрограмме 101 «Земельно-кадастровые работы» для целей земельного кадастра и мониторинга земель. Научная обработка и интерпретация данных исследования проводилось по инициативе автора.

Личный вклад автора состоит в теоретическом и экспериментальном решении поставленных задач, в анализе и обобщении полученных результатов. Все разделы представленной работы проведены и выполнены автором.

Апробация работы. Материалы исследований были доложены на международных научно-практических конференциях: «Экологические проблемы агропромышленного комплекса» (Алматы, КазНАУ, 2004); «География Казахстана: содержание, проблемы, перспективы» (Алматы, КазНУ, 2006); «Вклад У.У. Успанова в развитие почвоведения Казахстана» (Алматы, Институт почвоведения, 2006); «Мир растений и его охрана» (Алматы, Институт ботаники, 2007), «Валихановские чтения-13» (Кокшетау, Кокшетауский университет, 2008).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 6 статей и 6 тезисов.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, трех разделов, включающих в себя: обзор литературы, объект и методы исследования, результаты исследований и их обсуждение; заключения и выводов, одного приложения и списка использованных источников из 128 наименований. Объем работы составляет 141 страницу компьютерного машинописного текста, в том числе содержит 14 рисунков и 17 таблиц.

______*Автор выражает свою признательность и благодарность сотрудникам дочернего государственного предприятия комплексного изыскательского отделения ГосНПЦзема - ведущему специалисту Осипову В.П. и геоботанику 2-ой категории Ашимовой А. за неоценимую помощь, оказанную при выполнении данной работы.

ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ

В первой главе «Обзор литературы» проведен обзор литературы по всем рассматриваемым проблемам антропогенного влияния нефтедобывающих предприятий, включающих оценку биоразнообразия, загрязнение нефтью почвенного покрова и влияние ее на растительность, картографирование и динамику растительности пустынных степей.

Во второй главе « Объект и методы исследования» дается описание объекта исследования – нефтегазового месторождения «Кенкияк», которое находится в Темирском районе Актюбинской области республики Казахстан. Общая площадь обследования составляет 12629 га.

При наземном маршрутном картографировании растительности применялся весь комплекс традиционных методов, используемых во время детального маршрутного почвенно-геоботанического картирования при выделении контуров. Почвенно-геоботанический типологический состав выявлялся с привязкой к экологическим условиям, описанием растительности, определением урожайности, культурно-технического состояния кормовых угодий, сбором гербария и т.д. по требованиям «Общесоюзной инструкции по проведению геоботанических исследований природных кормовых угодий и составлению крупномасштабных геоботанических карт» (Москва: Колос, 1984) и «Инструкции по проведению крупномасштабных геоботанических изысканий природных кормовых угодий Республики Казахстан» (Алматы: ГосНПЦзем, 1995).

При разработке и составлении карт использовался весь комплекс методов

картосоставительных и картометрических работ (Сочава В.Б., 1967, 1979, Ладыгина Г.М., Литвинова Н.П., 1990) с использованием аэрофотопланов, топографических карт и программы MAP INFO. Легенды к геоботанической и почвенной картам построены на основе комплекса топоэкологических показателей, таких, как климат, рельеф, гидрологические условия местности (Алма-Ата: Казгосиздат, 1960), свойства почв и растительности, определяющих качество этих угодий. Характеристика природных условий приведена в данном разделе.

Представлены методики определения нефтепродуктов и тяжелых металлов в почвах (Н. В. Андросова, Ю. С. Усанова) и оценки биоразнообразия (альфа-, бета- и гамма- разнообразия) (Р. Примак, 2002).

Третья глава посвящена результатам исследования и их обсуждению и включает в себя несколько подглав.

3.1 Растительность природных кормовых угодий. Территория обследуемого объекта нами разделена на три группы: водораздельная волнистая равнина по правобережью и левобережью реки Темир; песчаные массивы; пойма и долина реки Темир. В растительности природных кормовых угодий водораздельных равнин доминируют полынные сообщества с преобладанием полыней: Лерховской (Artemisia lercheana) и австрийской (Artemisia austriaca). Сравнительно небольшие равнинные участки заняты солончаковыми растительными сообществами. В них доминируют, либо многолетние представители сем. Chenopodiaceae: лебеда бородавчатая (Atriplex verrucifera) и сарсазан шишковатый (Halocnemum strobilaceum), либо однолетние виды: лебеда татарская (Atriplex tatarica), рогач песчанный (эбелек) (Ceratocarpus arenarius) и климакоптера супротиволистная (Climacoptera brachiata). Растительность песков Кокжиде представлена псаммофитными видами, такими как вострец гигантский (Elymus giganteus), пырей гребневидный или житняк (Agropyron pectiniforme), жузгун безлистный (Calligonum aphyllum), виды рода Вайда (Isatis) и другие. В пойме и долине распространены в основном луговые сообщества с доминированием таких мягкостебельных злаков как пырей (Agropyron), мятлик (Poa), волоснец ветвистый (Elymus ramosus). В центральной и восточной части месторождения по долинам и поймам рек также встречаются луговые сообщества, но с преобладанием уже грубостебельных злаков: волоснец (Elymus), тростник (Phragmites), чий (Lasiagrostis) и т.д.

3.2 Описание групп типов природных кормовых угодий. Описаны пастбища и сенокосы, подсчитаны площади. Для каждого типа, подтипа и модификации определена урожайность и рассчитана по сезонам, дана оценка качества пастбищ по продуктивности и питательности корма и разработаны рекомендации по сезонности использования для определенного вида скота.

3.3 Экосистемы месторождения «Кенкияк». На закартированной территории месторождения «Кенкияк» выделено 27 типов элементарных экосистем (таблица 1). В основу выделения элементарных экосистем положена растительность (фитоценозы). Растительность является наиболее физиономич-

Таблица 1 – Экосистемы и их антропогенные модификации (фрагменты легенды)

№ п/п	Элементарные экосистемы	Антропогенные модификации	Площадь га	Валов. ур-ть, ц/га
Равнина
6	Лерховскополынные, иногда с мятли-ком (Artemisia lercheana ass.) А- на светло-каштановых супесчаных почвах (к)
		а) лерховскополынно-молочаевая (Artemisia lercheana, Euphorbia seguieriana mod.)	75	3,5
	Б- на светло-каштановых солонце-ватых суглинистых почвах (к)		3285	2,2
		а) лерховскополынно-сорнотравная (Artemisia lercheana, Tanacetum achil-leifolium, Tauscheria lasiocarpa, Lepidium latifolium mod.)	129	2,2
8	Лерховскополынно-эфемеровые (Ar-temisia lercheana, Poa bulbosa, Carex pachystylis ass.) на светло-каштановых солонцеватых суглинистых почвах (к)		481	3,4
8		а) австрийскополынная (Artemisia austriaca mod.)	21	3,4
9	Чернополынно-биюргуновые на со-лонцах светло-каштановых (Artemisia pauciflora, Anabasis salsa ass.) (л)		225	1,9
Пески
13	Кияково-шагыровые на песках закреп-ленных (Elymus giganteus, Artemisia arenaria ass.) (у)	а) кияково-брунцовая (Elymus gigan-teus, Goebelia alopecuroides mod.)	22	5,7
Долина реки Темир
16	Злаково-разнотравные (Agropyron re-pens, Bromus inermis, Elymus angustus, Psathyrostachys lanuginosa, Elymus ramosum, Agropyron fragile, Achillea micrantha, Salvia deserta ass.) А- на луговых светло-каштановых со-лончаковых, солончаковатых тяжело-, среднесуглинистых, супесчаных и песчаных почвах (л)	а) злаково-брунцовая (Agropyron repens, Bromus inermis, Elymus angustus, Phragmites communis, Elymus ramosum, Goebelia alopecuroides mod.)	61	20,0
	Б- на пойменных светло-каштановых луговых солончаковых, солончаковатых тяжело-, средне-суглинистых, супесчаных почвах (л)		474	10,9
		а) злаково-брунцовая (Agropyron re-pens, Bromus inermis, Elymus angus-tus, Phragmites communis, Elymus ra-mosum, Goebеlia alopecuroides mod.)	36	12,2
		б) брунцово-злаковая (Goebelia alo-pecuroides, Agropyron repens, Bromus inermis, Elymus angustus, Phragmites communis, Elymus ramosum mod.)	64	18,0
27	Тростниковые и рогозовые болота (л)		284
	Прочие земли и угодья		2946
	Итого:		112629
Примечание: коренные (к), условнокоренные (у), ложнокоренные (л) и сериальные (с) (Мирзадинов Р. А., 1996, Сочава В. Б., 1979)

ным компонентом экосистемы, и, формируя первичную продуктивность, определяет всю энергетику. Элементарные экосистемы наименьшей размерности, соответствующие фитоценозам, элементарным почвенным ареалам и ландшафтным фациям формируют комплексы и сочетания экосистем.

При сравнении материалов изысканий 2003 года с данными обследования 1974 года зафиксировано выпадение злаковой и увеличение солянковой растительности. Это особенно заметно в пойме реки Темир. В результате постоянного подтопления сильноминерализованными грунтовыми водами пойменные луговые светло-каштановые засоленные почвы трансформировались в солончаки луговые; соответственно произошла смена растительности: пырея ползучего (Agropyron repens), и востреца (Elymus ramosum) на сведу заостренную (Suaeda) и климакоптеру шерстистую (Climacoptera lanata).

Все населенные пункты, зимовки на территории обследования сосредоточены по долинам реки Темир и ручьев Атжаксы, Ащы, Талдысу, Ащысай. В результате постоянного интенсивного использования экосистемы на всем протяжении долин засорены брунцом (Goebelia alopecuroides), молочаем (Euphorbia seguieriana) или сбиты и представлены модификацией из лебеды татарской (Atriplex tatarica).

3.4 Оценка биоразнообразия

Оценка флористического разнообразия. В результате сбора гербария при полевом обследовании, а также анализа научных флористических монографий и определителей нами составлен список наиболее распространенных растений на территории обследования. Он насчитывает 277 видов, относящихся к 47 семействам, 132 родам.

Самым распространенным является семейство сложноцветных (Compositae)– 50 видов. Далее идет семейство злаковых (Gramineae)–37 видов. Семейство маревых (Chenopodiaceae) представлено 27 видами. Семейство бобовых (Fabaceae) 4 видами. В год обследования, из-за пожара предыдущего года, по гари были распространены в достаточном обилии крестоцветные (Brassicaceae), включающие 20 видов. Из зарегистрированных 277 видов большинство растений кормовые, 21 – ядовитые, 28 – лекарственные.

Оценка альфа-разнообразия. Видовая насыщенность сообществ невелика, в среднем на участке фиксируется 8-10 видов, на лугах и песчаных массивах – не более 20 видов. Для оценки биоразнообразия мы использовали бланки геоботанических описаний по отдельным экосистемам. В данном случае это дерновиннозлаково-разнотравные (Agropyron fragile, Stipa pennata, Koeleria gracilis, Achillea micrantha, Medicago falcata ass.), чернополынные (Artemisia pauciflora ass.) (таблица 2), лерховскополынные (Artemisia lercheana ass.) и злаково-разнотравные (Agropyron repens, Elymus ramosum, Bromus inermis, Agropyron fragile, Achillea micrantha, Medicago falcata ass.) экосистемы.

Для характеристики биоразнообразия чернополынного (Artemisia pauciflora ass.) сообщества нами отобрано 17 геоботанических описаний, в которых зарегистрировано 42 вида растительности. Чернополынное сообщество встречается на солонцах светло-каштановых, создавая особую экосистему, устойчивую к выпасу и другим антропогенным воздействиям.

Таблица 2 - Оценка альфа - разнообразия (видового богатства и концентрации доминирования) чернополынной (Artemisia pauciflora ass.) экосистемы на светло-каштановых песчаных почвах

Название растений

Номер геоботанического описания / участие растений в сложении сообщества (обилие в % покрытия)

123

402

527

546

564

575

586

597

Artemisia pauciflora

Poa bulbosa

ед.

Anabasis salsa

ед.

Artemisia lercheana

ед.

Pseudosedum lievenii

ед.

Tanacetum achilleifolium

ед.

Kochia prostrata

ед.

Lapulla patula

ед.

Descurainia Sophia

ед.

Atraphaxis replicata

ед.

Eremopyrum orientale

ед.

Climacoptera brachiata

ед.

Carex pachistylis

ед.

Carex sp.

ед.

Meniocus linifolius

ед.

Astragalus sp.

ед.

Atriplex tatarica

ед.

Ceratocarpus arenarius

ед.

Stipa lessingiana,

S. sareptana

ед.

20. Bassia sedoides

ед.

Stipa capillata

ед.

Syrenia siliculosa, Tauscheria lasiocarpa

ед.

23. Anabasis aphylla

ед.

Ferula tatarica

ед.

Mathiola robusta

ед.

Goldbachia pendula

ед.

27. Chorispora tenella

ед.

Alyssum desertorum

ед.

29. Atriplex cana

ед.

Festuca sulcata

ед.

31. Allium sp.

ед

32-42

Achillea micrantha, Centaurea pulchella, Agropyron fragile, Agropyron desertorum, Koeleria gracilis, Erysimum czernjajevii, Polygonum aviculare, Salvia deserta, Salvia stepposa, Galium verum, Limonium gmelinii

ед

Урожайность, ц/га

3,0

3,3

2,7

2,4

2,8

2,4

2,8

2,0

1,9

2,9

2,8

2,6

1,9

2,9

В чернополынной экосистеме 12 видов растений встречаются более чем в 50% описаний и отнесены нами к верным видам. Из них только один вид – мятлик луковичный (Poa bulbosa) - эфемероид, встречался в 7 описаниях в качестве субдоминанта, участвуя в сложении растительности, создавая проективное покрытие около 5%. По многолетним экспедиционным наблюдениям, в качестве субдоминанта, создающее проективное покрытие, в данном сообществе в отдельные годы встречаются мортук восточный (Eremopyron orientale), полевичка белая (Eragrostis albus) и очень редко дескурайния София (Descurainia sophia). Наиболее верными видами в ненарушенных сообществах, кроме перечисленных видов, можно назвать ежовник (биюргун (Anabasis salsa), пижму (Tanacetum achilleifolium), климакоптеру (Climacoptera brachiata) и ложноочиток (Pseudosedum lievenii). Дескурайния (Descurainia sophia), липучка (Lapulla patula), бурачок (Alyssum desertorum), рогач (эбелек) (Ceratocarpus arenarius), лебеда татарская (Atriplex tatarica) являются показателем интенсивного вытаптывающего воздействия скота. Однако, из-за устойчивости самого экотопа - солонцы светло-каштановые – и плохой поедаемости полыни малоцветковой скотом деградационные процессы, за исключением единичного внедрения перечисленных видов, дальше не идут. Отдельные виды, такие как ковыль Лессинга (Stipa lesingiana) и ковыли волосатики (Stipa sareptana, S. capillata), а также курчавка (Atraphaxis replicata) и типчак (Festuca sulcata) встречаются на небольших пятнышках – парцеллах (0,25-0,30 см²), имеющие несколько отличающиеся от солонцов экологические условия произрастания растений. Подобные явления называются в экологии микромозаичность и в полупустынной зоне на светло-каштановых и каштановых почвах часто встречающееся явление. Часть видов встречается довольно часто – не менее чем в 4 местах обитания. 10 видов наблюдались только в двух описаниях и только 14 лишь в одном местообитании. Особенно характерно описание № 402, в котором встречаются 11 видов из 42. Эти 11 видов по экологической приуроченности и специализации резко отличаются от остальных 16 описаний и можно сделать вывод о том, что данное сообщество и данная экосистема при более детальной и строгой классификации должна быть выделена в самостоятельную экосистему. Но из-за отсутствия достаточного и достоверного количества описаний данного экотопа мы вынуждены рассматривать ее в системе чернополынной экосистемы.

В таком же плане выполнена оценка альфа-разнообразия дерновинно-злаково-разнотравной (Agropyron fragile, Stipa pennata, Koeleria gracilis, Achillea micrantha, Medicago falcata ass.), лерховскополынной (Artemisia lercheana ass.) и злаково-разнотравной (Agropyron repens, Elymus ramosum, Bromus inermis, Agropyron fragile, Achillea micrantha, Medicago falcatа ass.) экосистем на светло-каштановых песчаных почвах (таблица 3, рисунок 2).

Оценка бета-разнообразия. Бета- разнообразие характеризует изменчивость показателей альфа-разнообразия при сравнении с другой экосистемой. Обычно бета-разнообразие оценивается через индексы сходства и индексы гетерогенности. Чем однородней видовой состав растительности, тем ниже бета-разнообразие.

Таблица 3 – Показатели альфа-разнообразия в различных сообществах

Показатели альфа- разнообразия	Название сообществ (количество бланков геоботанич. описания)
Показатели альфа- разнообразия	Лер-ховско-полын-ное (21)	Чер- нопо- лынное (17)	Злаково-разно- травн. на лугово- светло-каштановых почвах (20)	Дерновинно-злаково-разнотравное на светло-каштановых песчаных почвах (13)
Видовое богатство	47	4	81	69
Видовая насыщенность	13	13	17	21

Blog

Оценка биоразнообразия, антропогенного влияния и динамики экосистем на нефтегазовом месторождении «Кенкияк»

Содержание