Добыча углеводородов неразрывно связана с изъятием земель из лесного фонда [1; 2]. Изъятие земель необходимо с целью создания инфраструктуры нефтегазового комплекса, в том числе кустовых оснований, на которых размещают буровое оборудование, а затем установки, качающие нефть из скважин. Изымаемые земли после завершения их использования подлежат рекультивации, то есть возвращению в исходное состояние. Из общего перечня направлений рекультивации в условия подзоны северной тайги наиболее перспективным является лесохозяйственное, при котором на рекультивированных землях создаются искусственные или естественные насаждения.
Опыт проведения рекультивации нарушенных земель показал [3–5], что это мероприятие достаточно трудоемкое и дорогостоящее. Объем трудозатрат зависит от вида нарушенных земель и природно-географических условий региона [6; 7]. Так, нарушенные земли на горных склонах вблизи медеплавильного производства требуют создания террас и посадки древесной растительности [8]. При рекультивации золоотвалов и отвалов отходов обогащения бедных руд чаще всего необходимо землевание, то есть размещение на поверхности слоя почвогрунта [9; 10] или удобрений, в том числе нетрадиционных [11; 12].
В то же время при планировании и проведении рекультивационных работ в целях минимизации трудовых и финансовых затрат необходимо максимально использовать естественное лесовозобновление [13; 14].
При разведке и добыче нефти важнейшим объектом рекультивации являются шламовые амбары. Несмотря на то что возможности их рекультивации изучаются уже на протяжении нескольких десятилетий, однозначного решения в выборе оптимального способа рекультивации не найдено.
Целью исследований является изучение лесоводственной эффективности рекультивации шламовых амбаров посадкой черенков ивы и корневищ рогоза.
Материалы и методы исследования
В основу исследований положены материалы 9 пробных площадей (ПП), заложенных на шламовых амбарах ПАО «Сургутнефтегаз». Каждый из обследованных объектов прошел 2 этапа рекультивации. Технический, заключающийся в выравнивании наружного и внутреннего откосов, и биологический, включающий оторфовку на ряде шламовых амбаров, и без таковой, с последующей посадкой черенков ивы местных видов.
Ширина обваловки в верхней ее части 5–6 м, в нижней 10–12 м при высоте от 0,5 до 1,5 м. На откосах обваловки шламовых амбаров было посажено по 2 ряда ивы с наружной и внутренней сторон, а в амбаре – корневища рогоза.
На каждой из 9 ПП было равномерно по площади заложено 20–30 учетных площадок размером 2×2 м для определения количественных и качественных показателей подроста согласно апробированным методическим рекомендациям [15; 16]. Дополнительно учитывалась приживаемость (сохранность) высаженных черенков ивы и отмечалось развитие живого напочвенного покрова. Поскольку рекультивируемые шламовые амбары являются по своей сути новыми землями, механический состав почвогрунта, формирование подроста, подлеска и живого напочвенного покрова позволяет проследить формирование типа леса [17]. Последнее особенно важно, если учесть, что объекты нефтегазодобычи оказывают влияние на все компоненты прилегающих насаждений, включая репродуктивную систему деревьев [18] и даже сообщества дереворазрушающих грибов [19].
Результаты исследований и их обсуждение
Шламовые амбары представляют собой котлованы, которые создаются для сброса отходов при бурении скважин по традиционной технологии. Объем каждого шламового амбара, в зависимости от количества скважин и глубины бурения, варьируется от 1000 до 5000 м3. Складируемые в шламовых амбарах отходы представляют собой многокомпонентную смесь с доминированием бурового раствора и бурового шлама.
В целом в отходах, сбрасываемых в амбары, содержится 45,1 % воды, 51,4 % твердой фазы и 3,5 % органики.
В составе отходов возможно наличие нефти, поступающей при бурении пласта – коллектора. При этом токсичность отходов зависит от применяемых реагентов, их взаимодействия между собой. Во избежание распространения токсичных элементов отходов в окружающую среду вокруг шламовых амбаров выполняется обваловка.
В соответствии с действующими нормативно-правовыми документами, после завершения работ производится рекультивация шламовых амбаров [20; 21] путем вывоза накопленных отходов на полигон и засыпки амбаров песком. При этом чаще всего вывоз отходов не производится, а шламовые амбары засыпаются песком. В результате вредные химические элементы консервируются в почве и постепенно распространяются с грунтовыми водами. Кроме того, для засыпки шламовых амбаров требуется создание новых карьеров для добычи песка, которые также требуют рекультивации.
В.Н. Седых с соавторами [22] предложили рекультивацию шламовых амбаров без засыпки их грунтом. В основу рекультивации положен факт разложения нефтепродуктов и других отходов, содержащихся в шламовых амбарах при взаимодействии с кислородом воздуха. Для ускорения процесса биохимического разложения предлагалось высаживать в амбар корневища рогоза, а в обваловку амбара – черенки ивы местного происхождения. Нами проанализирована лесоводственная рекультивация шламовых амбаров, выполненная по указанной технологии.
Сохранность высаженных черенков ивы на наружном и внутреннем откосах обваловки спустя 1–5 лет после посадки приведена в табл. 1.
Таблица 1
Сохранность черенков ивы на обваловке шламовых амбаров
|
№ п/п |
Давность посадки, лет |
Сохранность черенков ивы, % |
Примечание |
|
|
внутренний откос |
наружный откос |
|||
|
5С |
1 |
1 |
2 |
Шаг посадки 0,9 м, между рядами 1,3 м |
|
7С |
1 |
45 |
88 |
Шаг посадки 1,0 м, между рядами 1,2 м |
|
8С |
3 |
24 |
48 |
Шаг посадки 1,2 м, между рядами 2,0 м |
|
1С |
4 |
43 |
74 |
Шаг посадки 1,3-1,4 м, между рядами 0,5–0,6 м |
|
9С |
4 |
48 |
52 |
Шаг посадки 1,0 м, между рядами 1,2 м |
|
10С |
4 |
39 |
52 |
Шаг посадки 1,4 м, между рядами 1,6 м |
|
12С |
4 |
94 |
42 |
Шаг посадки 1,6 м, между рядами 0,9 м |
|
2С |
6 |
8 |
11 |
Шаг посадки 1,3-1,4 м, один ряд |
|
4С |
6 |
5 |
11 |
Шаг посадки 1,3-1,4 м, один ряд |
Материалы табл. 1 свидетельствуют об отсутствии четкой зависимости между сохранностью черенков ивы и давностью ее посадки. Так, в частности, приживаемость ивы спустя один год после посадки на ПП–5С не превышает 2 %. Другими словами, практически все черенки не прижились (не укоренились), что, на наш взгляд, объясняется недостаточным перемешиванием торфосмеси. На откосах обваловки практически один торф. В то же время на ПП–7, где торф перемешан с песком, приживаемость черенков на наружном откосе составила 88 %, а на внутреннем 45 %.
Более низкие показатели сохранности черенков ивы на внутренних откосах по сравнению с наружными объясняются наличием в амбарах вредных для ивы химических элементов. В то же время если отходы, размещенные в шламовом отвале, не токсичны (ПП–12С), то сохранность высаженных на внутреннем откосе черенков ивы даже выше, чем на наружной стороне. Указанное свидетельствует о необходимости проверки амбаров на предмет токсичности содержащихся в них отходов перед проведением лесной рекультивации.
Посадка черенков ивы обусловила закрепление песка, предотвращение ветровой и водной эрозии откосов обваловки шламового амбара. Последнему во многом способствовало также внесение торфа. В результате на обваловке начал формироваться подрост основных пород лесообразователей (табл. 2).
Таблица 2
Видовой состав, встречаемость и количество жизнеспособного подроста на обваловке шламовых амбаров
|
№ п/п |
Порода |
Количество всходов, шт./га |
Количество и встречаемость подроста |
|||||
|
мелкого |
среднего |
крупного |
||||||
|
густота, шт./га |
встречаемость, % |
густота, шт./га |
встречаемость, % |
густота, шт./га |
встречаемость, % |
|||
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
|
7С |
Ос |
– |
1833 |
90 |
1792 |
85 |
– |
– |
|
Б |
– |
42 |
5 |
125 |
15 |
– |
– |
|
|
8С |
К |
267 |
400 |
20 |
– |
– |
– |
– |
|
Ос |
– |
233 |
15 |
300 |
20 |
167 |
10 |
|
|
Б |
– |
67 |
5 |
– |
– |
– |
– |
|
|
Окончание табл. 2 |
||||||||
|
№ п/п |
Порода |
Количество всходов, шт./га |
Количество и встречаемость подроста |
|||||
|
мелкого |
среднего |
крупного |
||||||
|
густота, шт./га |
встречаемость, % |
густота, шт./га |
встречаемость, % |
густота, шт./га |
встречаемость, % |
|||
|
1С |
С |
– |
960 |
25 |
– |
– |
– |
– |
|
К |
– |
40 |
10 |
– |
– |
– |
– |
|
|
Ос |
– |
240 |
10 |
– |
– |
– |
– |
|
|
9С |
С |
– |
387 |
25 |
– |
– |
– |
– |
|
К |
– |
357 |
20 |
– |
– |
– |
– |
|
|
Ос |
– |
298 |
20 |
287 |
40 |
30 |
10 |
|
|
Б |
– |
30 |
5 |
208 |
20 |
60 |
15 |
|
|
10С |
С |
3250 |
8750 |
100 |
2500 |
60 |
60 |
15 |
|
Б |
– |
250 |
10 |
– |
– |
– |
– |
|
|
Ос |
– |
250 |
10 |
250 |
10 |
– |
– |
|
|
12С |
С |
– |
313 |
60 |
438 |
70 |
– |
– |
|
К |
219 |
2938 |
90 |
– |
– |
– |
– |
|
|
Ос |
– |
469 |
25 |
219 |
20 |
31 |
10 |
|
|
Б |
– |
156 |
10 |
438 |
55 |
656 |
90 |
|
|
2С |
С |
– |
2833 |
85 |
2667 |
75 |
– |
– |
|
Ос |
– |
167 |
15 |
– |
– |
167 |
15 |
|
|
К |
833 |
– |
– |
– |
– |
– |
– |
|
|
4С |
С |
– |
560 |
80 |
520 |
75 |
– |
– |
|
К |
– |
40 |
5 |
– |
– |
– |
– |
|
|
Ос |
– |
840 |
90 |
720 |
85 |
80 |
15 |
|
|
Б |
– |
– |
– |
360 |
65 |
– |
– |
|
Согласно материалам табл. 2, спустя год после посадки черенков ивы на ПП–5С всходы и подрост древесных пород отсутствуют, а на ПП–7С имеет место лишь мелкий и средний подрост мягколиственных пород. По мере увеличения давности проведения посадки черенков ивы в подросте на откосах обваловок шламовых амбаров формируется подрост сосны (Pinus sulvestris L.) и кедра (P. sibirica Du Taur.). Так, в частности, встречаемость подроста сосны спустя 6 лет после посадки черенков ивы составляет 80–85 % для мелкого и 75 % для среднего подроста. При этом густота жизнеспособного подроста сосны варьируется от 1,1 до 5,5 тыс. шт./га.
Более объективную картину о формировании древесной растительности на откосах шламового амбара позволяют получить данные о количестве подроста в пересчете на крупный (табл. 3).
Таблица 3
Густота и состав подроста на обваловке шламовых амбаров в пересчете на крупный
|
№ п/п |
Давность посадки ивы, лет |
Состав подроста |
Порода |
Густота подроста в пересчете на крупный, шт./га |
Встречаемость, % |
|
7С |
1 |
10Ос + Б |
Ос |
2350 |
90 |
|
Б |
121 |
15 |
|||
|
Итого |
2471 |
||||
|
8С |
3 |
7Ос3К + Б |
К |
200 |
20 |
|
Ос |
523 |
30 |
|||
|
Б |
30 |
5 |
|||
|
Итого |
757 |
– |
|||
|
1С |
4 |
8С2Ос + К |
С |
480 |
25 |
|
К |
20 |
10 |
|||
|
Ос |
120 |
10 |
|||
|
Итого |
620 |
– |
|||
|
9С |
4 |
4Ос2С2К2Б |
С |
193 |
25 |
|
К |
179 |
20 |
|||
|
Ос |
488 |
30 |
|||
|
Б |
241 |
15 |
|||
|
Итого |
1101 |
– |
|||
|
10С |
4 |
9С1ОседБ |
С |
6375 |
100 |
|
Б |
125 |
10 |
|||
|
Ос |
325 |
10 |
|||
|
Итого |
6825 |
– |
|||
|
12С |
4 |
4К3Б2С1Ос |
С |
506 |
75 |
|
К |
1469 |
100 |
|||
|
Ос |
441 |
85 |
|||
|
Б |
1084 |
90 |
|||
|
Итого |
3500 |
– |
|||
|
2С |
6 |
9С1Ос |
С |
3550 |
85 |
|
Ос |
250 |
15 |
|||
|
Итого |
3800 |
– |
|||
|
4С |
6 |
5Ос3С2БедК |
С |
696 |
80 |
|
К |
20 |
5 |
|||
|
Ос |
996 |
85 |
|||
|
Б |
368 |
70 |
|||
|
Итого |
2080 |
– |
Материалы табл. 3 свидетельствуют, что спустя 4 года после посадки черенков ивы на обваловке шламовых амбаров густота подроста в пересчете на крупный варьируется от 0,6 до 6,8 тыс. шт./га. При этом в составе подроста доля сосны обыкновенной и сосны сибирской составляет в совокупности от 4 до 9 единиц формулы состава.
Особо следует отметить, что встречаемость подроста сосны обыкновенной спустя 6 лет после посадки черенков ивы составляет 80–85 %.
Учитывая положительную роль посадки черенков ивы в склоны шламовых амбаров, можно предложить следующую технологию биологического этапа рекуль- тивации.
После консервации или пуска в эксплуатацию пробуренной скважины берется образец содержимого шламового амбара и определяется соответствие его предельно допустимым концентрациям (ПДК). Если содержимое амбара относится к IV классу опасности, то проводится биологический этап рекультивации посадкой черенков ивы и корневищ рогоза.
Если же токсичность содержимого отвала выше допустимых показателей для IV класса опасности, то производится изъятие отходов из амбара и их переработка на специализированной установке типа УТ–1С.
Указанная установка предназначена для термообезвреживания любых типов почв и грунтов. Конечным продуктом обезвреживания содержимого шламовых амбаров на установке УТ–1С является грунт, пригодный для использования в хозяйственных целях (отсыпка дорог, кустовых оснований и т.д.).
Изъятие нефтешламов из амбаров производится до доведения токсичности остатка ниже предельно допустимых уровней, что дает основания для проведения биологического этапа рекультивации. При этом откосы амбара покрываются торфо-песчаной смесью толщиной 10 см, высаживаются черенки ивы и корневища рогоза.
Использование передвижной установки УТ–1С исключает необходимость вывоза отходов на специальные полигоны, а отказ от засыпки шламовых амбаров песком исключает необходимость разработки новых сухоройных или гидронамывных песчаных карьеров.
Выводы
1. Шламовые амбары после завершения работ по бурению нуждаются в рекульти- вации.
2. Технология засыпки шламовых амбаров грунтом не решает задачу рекультивации и приводит к значительным неоправданным затратам, связанным с разработкой новых карьеров, их рекультивацией, а также с транспортировкой песка или торфа.
3. Изъятие содержимого всех шламовых амбаров, без учета уровня токсичности содержимого, приводит к необходимости создания полигонов для их хранения и затратам на транспортировку отходов.
4. Предлагаемый вариант рекультивации шламовых амбаров минимизирует затраты при решении экологических проблем рекультивации. Отпадает необходимость в создании специальных полигонов для хранения отходов и карьеров для засыпки амбаров.
5. Посадка черенков ивы и оторфовка откосов обваловки шламовых амбаров создают условия для естественного формирования смешанных молодняков с доминированием в составе сосны обыкновенной.
Работа выполнена в рамках тем FEUG – 2020 – 0013 «Экологические аспекты рационального природопользования».